增加細胞核源D1合成途徑顯著增強植物的高溫抗性，光合作用效率，生物量和產量。中國科學院分子植物科學卓越創新中心 供圖
國際植物生物學知名期刊Nature Plants 21日在線發表了中國科學院分子植物科學卓越創新中心，植物分子遺傳國家重點實驗室郭房慶研究組的最新研究成果。該研究通過遺傳工程手段在擬南芥、菸草和水稻中創建了一條全新的，且由高溫響應啟動子驅動的細胞核融合基因表達的D1蛋白合成途徑，建立了植物細胞D1蛋白合成的“雙途徑”機制(天然的葉綠體途徑和創建的核途徑)。據介紹，增加細胞核源D1合成途徑顯著增強植物的高溫抗性，光合作用效率，二氧化碳同化速率，生物量和產量；從為植物細胞增加一條全新的D1合成途徑並顯著提高光能利用效率角度而言，這一原始創新性的發現具有重要的理論意義和應用價值。
溫度是影響植物生長週期和地理分佈的主要因素之一。隨著溫室效應的加劇，全球氣候變暖造成的高溫脅迫日益成為現代農業生產體系所面臨的嚴峻挑戰，同時也對世界糧食安全造成嚴重威脅。
植物細胞中的葉綠體是進行光合作用的主要場所，陽光充足(高光強)或高溫脅迫通常會引起葉綠體中活性氧累積，抑制光合作用過程，其主要原因是造成“棲息”在葉綠體類囊體膜上光合複合體PSII關鍵蛋白D1的迅速降解，葉片光合機能下降，進而導致作物嚴重減產。如何提高強光條件下或高溫脅迫下PSII的修復效率，進而增強植物的光合效率，生物量和產量是長期困擾這一領域科學家的基礎性科學問題和挑戰性難題。
郭房慶組科研團隊，認為D1可能是PSII這個“木桶”中最短的“板”，補充D1很可能是提高植物光合效率的關鍵點。該團隊的研究進展證實了植物在正常生長和高溫脅迫下對於D1的需求是高水平的，天然的葉綠體D1合成途徑滿足不了植物快速生長和抵抗高溫脅迫對於新合成D1蛋白的需求。該發現突破了這個領域科學家對於D1蛋白在光合作用中限制性功能的認知，為提高植物光能利用效率方面的一個重要突破性進展，有助應對溫室效應導致全球氣候變暖條件下的糧食安全生產挑戰。
該工作得到了中國科學院先導項目(B類)、科技部國家重點研發計劃和國家自然科學基金委員會等項目的資助。
