作者：Chinta sidharthanl博士，Lily Ramsey， llm2024年12月17日
了解不同环境下植物如何优化光合作用nmental有限公司条件对提高作物产量至关重要。光合作用是植物生长的过程将光能转化为化学能，由于光能的波动，常常遇到效率低下的问题关键酶的条件和限制。
在最近发表在《发育细胞》上的一项研究中，来自美国的研究人员调查了在杨树中发现的天然基因BOOSTER的活性。这种基因增强光合作用和植物生产力。
通过研究杨树和白杨的遗传变异和采用转基因方法拟南芥研究人员演示道表明,升压在稳定和动态光下提高光合效率。这些发现为提高不同植物种类的农业产量提供了有希望的途径。
研究：孤儿基因助推器提高光合效率和植物生产力。图片来源：chayanuphol/Shutterstock.com
光合作用对植物生长至关重要，但环境因素，如波动的光强，往往限制其效率。当光线在阳光和阴影之间快速转换时，植物必须调整其光合作用过程以防止能量损失或光损伤。
非光化学猝灭（NPQ）机制耗散多余的能量以保护光系统，但它们在光跃迁过程中的缓慢弛豫限制了碳增益。
此外，光合作用的主要酶Rubisco易受氧抑制，进一步降低了效率。
基因工程的进展已经瞄准了光合作用优化，包括修改光响应途径和Rubisco活性，但这些方法在植物物种中产生了不一致的结果。
我们对自然环境下光合作用调控的遗传因素的理解仍然不完整。
然而，最近的研究表明，来自细胞器到细胞核的脱氧核糖核酸（DNA）转移的嵌合基因可能在适应环境变异性方面发挥作用。
在这里，研究人员对743个杨树样本进行了全基因组关联研究，以确定影响光合特性的遗传变异，特别是在波动光下的NPQ动态。
在已确定的候选基因中，由内生和质体起源序列的嵌合结构组成的BOOSTER基因与提高光合性能密切相关。
研究人员对高表达和低表达基因型进行了核糖核酸（RNA）测序和分析，以证实BOOSTER的功能作用。
为了进一步验证BOOSTER的效果，本研究利用转基因白杨（Populus tremula × P. alba）产生了过表达BOOSTER的拟南芥品系。在受控温室条件和波动光照条件下评估了光合效率和生长参数。
这些实验包括测量NPQ诱导和弛豫，二氧化碳（CO 2）同化的量子效率和Rubisco活性。此外，还进行了高通量表型和田间试验，以评估株高、生物量和其他生长性状。
通过整合遗传、生理和分子方法，研究了在稳定和动态光照条件下，BOOSTER对光合效率和生物量产量的提高。
研究人员旨在深入了解光合适应的遗传机制，并为农业改良提供策略。
结果表明，增效剂能显著提高植物光合效率，促进植物生长。与低表达基因型相比，高表达BOOSTER基因型的毛杨NPQ松弛更快，光能利用效率更高。
此外，在温室和田间条件下，过表达BOOSTER的转基因植株的光合作用和生物量均有显著改善。
在杨树中，BOOSTER的表达与光合速率增加35%和茎生物量增加88%相关。
此外，转基因拟南芥株系在波动光下的CO?同化和电子传递效率提高，生物量和种子产量分别提高200%和50%。
Rubisco的丰度和活性在表达boost的植物中也显著提高，有助于改善碳同化。
此外，对杨树的田间试验表明，在不同的地点和生长阶段，株高、树冠面积和茎体积都有一致的增加。高表达基因型也表现出更好的适应变化的光条件，保持高效的能量耗散和碳增益。
对具有sigma因子-6突变的植物进行的互补实验表明，BOOSTER能够独立于传统的sigma因子途径恢复光合效率，支持其在细胞核和质体之间的顺行或正向信号传导中的作用。sigma因子-6是一种核编码蛋白，在植物的绿色和质体发育中起作用。
此外，分子定位研究表明，BOOSTER蛋白分布于细胞核、质体和内质网，提示其参与细胞器间信号传导。
先进的蛋白质模型和结构功能分析证实了该基因的独特特征，包括对其活性至关重要的螺旋-延伸螺旋基序。
总的来说，该研究强调了BOOSTER作为提高光合作用和植物生产力的变革性遗传工具的潜力。
增效剂通过改善光响应机制和优化代谢效率，显著提高了杨树和拟南芥的生长和生物量。
研究人员认为，BOOSTER在植物物种和环境条件上的广泛适用性为满足全球农业需求提供了一种有希望的策略，特别是在气候变率和资源限制的挑战下。
