高糖信号给C4作物光合作用放行

植物通过光合作用生产糖，形成叶子并生长，然后生产谷物和水果，但是糖的积累也会减缓光合作用。因此，研究植物中的糖是如何控制光合作用的，是寻找提高作物产量的新途径的一个重要环节。

最近对高产作物如玉米和高粱的研究表明，它们高产的秘密可能在于它们对糖的敏感反应。这种反应调节叶片的光合作用。相关论文发表在《实验植物学杂志》上。

“通过比较，我们发现具有C4光合作用途径的作物，如玉米、高粱和小米，与C3的作物如小麦和水稻相比，使用不同的糖信号途径来调节光合作用。这可能是他们效率更高的部分原因。”该项研究的负责人、澳大利亚悉尼西部ARC转化光合作用卓越中心克莱门斯·亨利说。

他解释道，“植物可以通过一个复杂的糖感应机制来检测糖的生产和使用量。如果糖积累过多，这些机制会关闭光合作用。然而，令人惊讶的是，我们发现C4作物对高糖含量不像以前在一些C3作物中显示的那样敏感，这表明反馈机制不像以前认为的那样简单”。

“C3作物的调节机制已经得到了很好的研究，但是直到现在，我们仍然不知道C4作物发生了什么，这和它们生产更多糖的能力有什么关系。你知道，C4作物是全球粮食生产中最重要的谷物之一。”CoETP首席研究员欧拉·加纳努姆说。

“为了提高光合作用和获得更高的产量，我们需要放松农作物的‘刹车’。这是通过增加光合作用来提高作物产量需要克服的一个基本问题。”该研究的合著者兼CoETP主任罗伯特·福班克说。

在这项研究中，科学家用低光或高光处理C4模式植物狗尾草4天，观察其对碳代谢和源叶转录组的影响。LL的光合功能受损，信号糖(葡萄糖、蔗糖和海藻糖-6-磷酸)含量下降。相反，HL强烈诱导糖积累而不抑制光合作用。HL对糖水平的影响大于LL。结果还表明，C4源叶糖信号通路对光强和糖积累的响应可能不同于C3源叶。

研究人员用光强度作为增加糖产量的手段，并最终确定了负责光合作用调节的基因。此外，他们将把研究重点放在叶子上，当光合作用发生时，叶子是糖的来源，而不是植物使用糖的地方，如谷物和水果。这是为数不多的研究之一。

“这项研究最令人兴奋的结果之一是，如果我们了解糖信号在C4作物中是如何工作的，那么当我们将来将这种增强的光合作用机制转移到C3作物(如小麦和水稻)时，我们就能确保提高它们的产量。”甘努姆说。(王芳编译)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/jxb/erz495