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刘翠敏研究组发现提高植物生产力新途径

  植物光合作用产生的碳水化合物维持地球上的生命和生态系统。淀粉是植物叶绿体中最丰富的碳水化合物,是光合作用碳同化的产物,是重要的储存物质。磷酸葡萄糖异构酶(PGI)催化葡萄糖6-磷酸(G6P)和果糖6-磷酸(F6P)之间的相互转化,在质体与细胞质中存在同工酶。质体PGI(PGIp)参与光合作用的淀粉合成,胞质PGI(PGIc)参与蔗糖合成和糖酵解过程。鉴于PGIs在植物生化和谷物作物种植中的重要性,对其结构和功能进行深入研究尤为必要。 

 

  中国科学院遗传与发育生物学研究所刘翠敏团队发现将稳定更强、活性更高的细胞质形式的PGIPGIc)工程化转进叶绿体后,提高了植物的光合作用和生物产量。该研究论文的发表再一次提示人们:合成生物学是继绿色革命之后,提高农作产量、改善农作物特性的破冰利器之一。刘翠敏团队通过对小麦中两种亚细胞定位的PGIsPGIc PGIp)蛋白的三维结构的解析,揭示了PGIc相对于PGIp活性更高、稳定性更强的结构基础。进一步该团队将PGIc转入进拟南芥pgip突变体中,转基因植株均能在幼苗阶段回补其表型。PGIc转基因植株的光合作用率提高,淀粉积累增多,二氧化碳吸收增加,植物生物量、产量大幅增加。该研究为使用基因工程控制叶绿体中的淀粉代谢途径,改善植物生物量提供了新的途径。 

 

  相关研究成果结果于2021328日在线发表于New Phytologist杂志(DOI:10.1111/nph.17368)。刘翠敏研究组工作人员高飞博士、博士生张慧君为本文的共同第一作者;刘翠敏研究员为本文通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导专项A,国家自然科学基金的资助。 

 

:高性能的PGI可提高植物淀粉积累、生物量和产量