修复光合作用提升作物产量
一种提高产量的有效方法可能很快就会出现。资料来源:stevanovigor/Getty
进化基本失败的地方,智能设计成功了。生物学家通过弥补光合作用中的一个重要缺陷,将烟草生物量增加了约40%。相关结果最近发表在《科学》杂志上。
目前,该团队正从豇豆和大豆开始,试图将同样的变化引入粮食作物。“资助机构非常渴望让世界上最贫穷的人掌握这项技术。”伊利诺伊大学的阿曼达·卡瓦纳说。
生命的关键成分是由碳链形成的分子。植物聚集这些碳原子链,它们来自空气中的二氧化碳分子。
然而,捕获二氧化碳并将其添加到碳链中的酶常常会错误地捕获氧分子。这会产生有毒分子,导致植物消耗能量来消除有毒分子。这个重要的缺陷被描述为进化中最大的错误之一。
公平地说,当光合作用第一次进化时,这并不是一个大问题,因为周围几乎没有空气。但在漫长的进化岁月中,随着氧含量的增加和二氧化碳浓度的降低,这已经成为植物面临的一大难题。如今,错误的氧气捕获(称为光呼吸)发生得如此频繁,以至于它会降低50%的光合作用效率。
在进化过程中,一些植物找到了解决办法:充分利用体内的二氧化碳来减少误捕氧气的机会。然而,大多数人类食用的植物,包括几乎所有的蔬菜和水果,如小麦、大米和大豆,都不能做到这一点。几十年来,生物学家一直在努力寻找解决方案。
基于之前的工作,卡瓦纳和他的同事设计了三种替代途径来治疗光呼吸的有毒副产品。"我们试图做的是再次改变整个过程。"卡瓦纳说。
他们通过基因工程将这些途径植入烟草。选择烟草是因为它是一种容易改变的作物,而且生命周期短。在两季田间试验中,表现最好的植物的生物量增加了40%以上。(宗华)
相关论文信息:DOI: 10.1126/science.aat9077
《中国科学日报》(2019-008第二版国际版)
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