中美等国合作改造光合作用提高全球作物产量潜力

9月15日，成熟研究团队获得了4500万美元的投资赠款。其投资者是比尔·梅的琳达·盖茨基金会、美国粮食和农业研究基金会和联合王国国际发展部，以支持该小组继续研究光合作用的工程转化和提高作物产量。“今天，五大联合国机构联合发布了一份评估报告，鼓励我们持续努力，到2030年及以后永久消除饥饿和营养不良。”伊利诺伊大学的项目主管兼教授史蒂夫·龙(Steve Long)说，“现在是投资光合作用研究的恰当时机。

目前，重要粮食作物的产量增长速度非常缓慢。迫切需要开发新的方法来大幅度提高作物产量，以确保未来不断增长和日益城市化的全球人口有足够的粮食。“据了解，熟的主要目标是通过工程改良提高主要作物光合作用中光能利用的效率，从而提高作物的产量潜力。该项目由美国伊利诺伊大学牵头，多个国际组织参与其中，包括美国农业部光合作用研究中心、英国埃塞克斯大学、澳大利亚国立大学和中国科学院上海植物生理学和生态学研究所。”我们在工程光合作用领域的成功令人鼓舞。“成熟已经证明光合作用效率可以提高，从而有效地帮助消除当前粮食增长和未来粮食需求之间的差距，”伊利诺伊大学教授、成熟项目副主任唐·奥尔特说。

据介绍，fixed的主要策略是在系统模型的指导下，定点提高光合作用效率，从而增加作物的产量潜力。“这一战略的核心是通过有效利用过去半个世纪世界光合作用的研究成果，建立一个光合作用系统模型，并利用该模型系统地评估可能提高光合作用效率的数以千计的潜在途径，从而筛选出提高光能利用效率的最有效途径，并通过生物工程手段提高作物光合作用。这种方法的使用有望在未来带来农业的全面改革，并为未来的粮食问题提供新的解决方案。”中国科学院上海植物生理生态研究所所长、研究员朱说。这一次，领导的团队将与国际研究小组合作，建立一个涵盖从细胞代谢、叶片到冠层再到生态系统水平的光合作用模型，寻找提高光合作用效率的新途径，为光合作用工程的转型不断注入新的动力。利用由该模型指导的工程重建策略，CHILED研究人员已经确定了许多提高光能利用效率的新方法。在成熟项目的第一阶段，盖茨基金会已经投资了2500万美元，为期5年。其中，许多提高光合作用的方法已经通过工程转化方法得到了系统验证。

去年，《科学》杂志发表了一篇《成熟的团队》的文章，表明这种方法可以有效地将作物产量提高20%，与传统育种每年仅提高1%~2%相比，这是一个巨大的进步。目前，成熟项目中的另外两种工程改造方法在温室和初步田间试验中也显示出显著的增产效果。“从发现基因到将这些基因有效应用于改良作物通常需要大约15年的时间，所以可能要到2030年才能在农田中发现这些能够提高光合作用效率的‘超级作物’。”龙说，熟的关键研究内容是有效地将发现的提高光合效率的方法应用于作物改良。