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，進而導致作物嚴重減產。作為植物進行光合作用重要複合體PSII的核心蛋白，D1對於高溫脅迫最為敏感，是PSII複合體內最容易受損和更新最快的蛋白。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。
2020年4月21日，國際植物生物學著名期刊《自然•植物》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突破性研究成果。科研團隊突破常規的思維定式和認知侷限，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、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。每種植物三個改良株系均生長旺盛，高溫抗性、光合效率等方面均有大幅度增加。相較野生型，生物量的增加幅度在擬南芥轉基因株係為43.7-80.2%，菸草為15.1-22.3% ，水稻為20.6-22.9%。水稻轉基因改良株系大田條件下的產量測產分別在上海和海南三亞育種基地進行，經過多年的驗證，增產幅度在8.1-21.0%之間。
這項研究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。該發現改變了科學家對於D1蛋白在光合作用中限制性功能的認知，為應對全球氣候變暖條件下的糧食安全生產挑戰提供了一個解決方案。
來源：上觀新聞
