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讓農作物“吃”下更多陽光 科學家找到光合作用關鍵基因

發布于:2019-12-03 09:16   來源:科技日報

將高光效位點導入到目前的水稻主栽品種中育成高光效新品種4份,具有高產、米質優、抗逆性強等優良農藝性狀

結合早代光合速率測定,培育出小偃108等高光效小麥新品系;育成了花后“源”功能顯著改良的鄭麥7698等

光合作用是地球上最重要的化學反應,是人類食物和能源的主要來源,也是農作物產量形成的基礎。作為973項目首席科學家,中科院植物所研究員張立新集聚八家單位開展了“光合作用分子機制與作物高光效品種選育”工作。張立新向記者表示,對光合作用分子機理進行研究,目的在于挖掘作物光能利用潛力,為農作物高光效遺傳改良及育種實踐提供理論指導和技術途徑。

通過五年的合作攻關,該研發團隊在《自然》《科學》等國際頂級專業雜志先后發表4篇研究文章,最近又在光合作用高光效基礎理論研究方面取得了突破進展。

挖掘光合生物的基因資源

利用晶體結構解析以及冷凍電鏡技術,研究團隊通過對最原始的光合生物藍藻、紅藻、硅藻到高等植物的光合膜超分子復合物精細結構解析,探索光合作用體系高效吸能、傳能的分子機理。

葉綠體的正常發育和功能維持是光合作用高效光能轉化和利用的必需條件。他們首次篩選出調控葉綠體發育的RNA分子伴侶蛋白BSF,揭示其對葉綠體mRNA穩定性和翻譯活性的調控作用;發現參與PSI組裝調控的新關鍵因子Pyg7,并解析了Pyg7參與PSI復合物組裝調控的分子機理。

張立新說,這些基因資源的挖掘有助于深入了解植物葉綠體的生物發生機理,以及葉綠體響應外界環境變化維持高光效機理。

導入高光效基因實現精準分子育種

在基礎理論研究的基礎上,研究團隊加強機理與應用相結合,著力于將光合作用基礎研究成果應用到稻麥等主要農作物精準分子育種實踐中。

研究團隊建立了水稻高光效篩選平臺、挖掘出高光效最優等位變異,將高光效位點導入到目前的水稻主栽品種中育成高光效新品種4份,光合作用效率平均提高10%以上,具有高產、米質優、抗逆性強等優良農藝性狀。

同時,研究團隊通過定向改良,在小麥優良農藝性狀選擇的基礎上,結合早代光合速率測定,選擇高光合速率單株以及高代群體光合測定進而培育高產品種的育種策略,培育出小偃108等高光效小麥新品系;育成了花后“源”功能顯著改良的鄭麥7698等,并榮獲了2018年國家科技進步二等獎。

張立新表示,隨著遺傳學、分子生物學、基因組學、蛋白組學和代謝組學等相關技術在光合作用研究領域的運用,光合作用的許多生理生化過程已經從分子水平得到揭示,正孕育著一系列重大突破。提高作物光合作用效率在保障糧食安全,促進農業可持續發展上具有巨大應用前景。(據《科技日報》)

責任編輯:于婷婷
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