可提高大田作物光合效率简单有效的手段（2020.7.23 Plant Biotechnology Journal）

近日，巴基斯坦国家生物技术和基因工程研究所Shahid Mansoor教授在国际知名期刊《Trend in Plant Science》上发表了题为“Alternative Routes to Improving Photosynthesis in Field Crops”的综述，文章主要阐述了非生物胁迫对大田作物光合能力的影响，并提供了两种在非生物胁迫下提高作物的光合效率的策略。

面对世界范围内人口增长过快、气候变化、耕地面积减少等日益严重的问题，如何提高作物单位面积产量成為解决世界粮食安全的关键。而非生物逆境严重影响了作物的光合作用，从而限制了作物单位面积产量的提高。其中，高温胁迫对作物产量影响最大，据预测，全球平均气温每升高1℃，玉米、小麦、水稻和大豆这4种主要大田作物的平均产量将分别下降7.4%、6.4%、3.2%和3.1%。

植物在胁迫条件下固定CO2的能力受损，而吸收光线的能力没有下降，过量吸收的能量会导致活性氧的产生，使得光系统II（PSII）受损伤，从而产生光抑制。目前研究普遍认为D1蛋白是PSII反应中心的核心蛋白之一，对光损伤高度敏感。植物自身存在的修复机制可以对受损的D1进行修复，但是修复过程需要部分拆卸PSII复合物，去除和切割受损的D1，插入新合成的D1，进而重组成为有功能的PSII。该过程需要合成大量的D1蛋白，D1蛋白合成需要首先在核内由强启动子PpsbA驱动psbA转录合成Pre-D1，随后进入叶绿体，原位合成大量的D1蛋白。有实验证明，在拟南芥中超表达psbA基因可以有效提高胁迫状态下的光合效率，并且正常状态下转基因植株也表现出更高的CO2同化率。

RuBisCo是光合系统中另外一个高度敏感的组分，是C3反应中重要的羧化酶。RuBisCo的羧化效率随着温度的升高而降低，这主要受RuBisCo激活酶（RCA）的影响。尽管RuBisCo可以在高温时仍保持稳定，但RCA活性随着温度超过植物生长所需的物种特定温度的最适值而下降。在拟南芥中表达耐热型RCA能显著提高光合效率、生物量和籽粒产量，通过CRISPR技术对RAC蛋白进行定点改造，有望改善作物耐热性。