通过控制光合作用提高水稻产量达30%

最近，美国阿肯色大学农业系统部门的科学家发现，他们可以利用光合作用——植物用以将光转换为化学能量的过程，使水稻的产量提高达30%。这项研究结果发表在最近的Nature旗下子刊《自然通讯》（Nature Communications）。

　　

生物通报道：最近，美国阿肯色大学农业系统部门的科学家发现，他们可以利用光合作用——植物用以将光转换为化学能量的过程，使水稻的产量提高达30%。

作物、土壤和环境科学系的Andy Pereira带领的研究小组，检测了一个蛋白质，该蛋白质充当一个“开关”，可激活能够增强水稻光合作用活性的基因。研究人员发现，该蛋白质——称为higher yield rice (HYR)，可以使植物能够在压力的条件下存活、茁壮成长和提高生产力。

这项研究结果发表在最近的Nature旗下子刊《自然通讯》（Nature Communications）。该研究项目得到了美国农业部国家食品和农业研究所、国家科学基金的支持。

植物分子遗传学教授Pereira说：“调节因子HYR的确调控光合作用这个复杂的过程。我们在温室中看到，利用HYR调节因子的植物，比其他植物更绿。这是因为有更多的叶绿素。它具有更高的光合作用。”

随之而来的是利用大自然光合作用的一个过程，即植物吸收二氧化碳排出氧气。如果水稻和其他植物承受的压力过大时，光合作用将关闭。Pereira说：“这可能是一种很好的生存机制，许多植物仅仅是想生存下来。但是我们不想让植物仅仅是生存下来。我们希望它们继续生产。”

植物在压力条件下的反应是关闭光合作用，阻止其生产活性氧，这对植物是有害的。Pereira解释说，这就是HYR调节蛋白所扮演的角色，通过保持整个光合作用机制活跃并保持生产力。

Pereira这个项目研究开始于几年前，在弗吉尼亚生物信息研究所——当时他还是一名兼职教员，在此之前科学家们一致认为，光合作用能力增加将可能提高生产力和产量。Pereira的研究小组表明，通过利用HYR调节因子可将产量提高达29.7%，在这之前没有人证明这一点。

研究表明，植物需要有较高的能力来提高其生产力。Pereira说：“增加光照会产生更多的光合作用，但是如果植物没有利用这一切的能力，就不会有更多的生产力。HYR可增加光合作用，这会增加糖产量，增加生物量，最终使正常水稻品种有更高的粮食产量。”

更高的光合作用，会致使HYR水稻具有更大的抗逆性。抗逆性增加可使水稻在干旱和热压力条件下具有更高的稻米产量，并维持较好的粮食品质。Pereira补充说：“最重要的是，HYR所调节的这套基因，是利用非转基因方法培育相似水稻品种的蓝图。”

该项目相关的两项专利正在待定。一项来自农业部，涉及植物抗温和粮食品质改良，这是一个重要的因素，因为粮食品质在高的夜间温度下会降低。另一项是由弗吉尼亚理工大学完成，涉及抗旱性和提高粮食产量。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Coordinated regulation of photosynthesis in rice increases yield and tolerance to environmental stress
Abstract: Plants capture solar energy and atmospheric carbon dioxide (CO2) through photosynthesis, which is the primary component of crop yield, and needs to be increased considerably to meet the growing global demand for food. Environmental stresses, which are increasing with climate change, adversely affect photosynthetic carbon metabolism (PCM) and limit yield of cereals such as rice (Oryza sativa) that feeds half the world. To study the regulation of photosynthesis, we developed a rice gene regulatory network and identified a transcription factor HYR (HIGHER YIELD RICE) associated with PCM, which on expression in rice enhances photosynthesis under multiple environmental conditions, determining a morpho-physiological programme leading to higher grain yield under normal, drought and high-temperature stress conditions. We show HYR is a master regulator, directly activating photosynthesis genes, cascades of transcription factors and other downstream genes involved in PCM and yield stability under drought and high-temperature environmental stress conditions.