大豆光合作用研究取得突破

　　受粮食不足影响的人数继续增长，预测清楚地表明，需要在粮食供应层面做出改变，以改变这一轨迹，RIPE项目研究科学家和主要作者Amanda De Souza说。我们的研究显示了一种有效的方法，可以为最需要的人的粮食安全做出贡献，同时避免更多的土地被投入生产。改善光合作用是获得所需的产量潜力跳跃的一个主要机会。

　　据联合国儿童基金会称，到2030年，预计将有超过6.6亿人面临粮食短缺和营养不良。造成这种情况的两个主要原因是粮食供应链效率低下（获取粮食）和气候变化导致的作物生长条件更加恶劣。改善贫困地区的粮食获取和提高粮食作物的可持续性是这项研究和RIPE项目的主要目标。

　　RIPE的研究人员十多年来一直致力于改善光合作用，这是所有植物用来将阳光转化为能量和产量的自然过程。在最近发表在《科学》杂志上的这项首创工作中，该小组改进了大豆植物内的VPZ构建体，以提高光合作用，然后进行田间试验，看产量是否会因此而提高。

　　VPZ构建体包含三个编码黄体素循环蛋白质的基因，这是一个有助于植物光保护的色素循环。一旦在充分的阳光下，这个循环在叶子中被激活，以保护它们不受损害，使叶子能够消散多余的能量。然而，当叶子被遮蔽时（被其他叶子、云或天空中移动的太阳），这种光保护需要关闭，以便叶子能够利用储备的阳光继续进行光合作用过程。植物需要数分钟才能关闭保护机制，使植物失去了本可用于光合作用的宝贵时间。

　　VPZ构建体的三个基因的过度表达加速了这一过程，因此每次叶子从光照过渡到阴凉处时，光保护机制就会更快地关闭。叶子获得了额外的光合作用时间，在整个生长季节加起来，会增加总的光合作用率。这项研究表明，尽管实现了20%以上的增产，但种子质量却没有受到影响。

　　RIPE主任、伊利诺伊州卡尔-R-沃斯基因组生物学研究所作物科学和植物生物学Ikenberry捐赠大学主席Stephen Long说：尽管产量更高，但种子蛋白质含量没有变化。这表明从改进的光合作用中获得的一些额外能量可能被转移到植物的结核中的固氮细菌中。

　　研究人员首先在烟草植物中测试了他们的想法，因为改造这种作物的基因很容易，而且一株植物可以产生的种子数量很多。这些因素使研究人员能够在几个月内完成从基因转化到田间试验的过程。一旦这一概念在烟草中得到证实，他们就进入了更复杂的任务，即把基因投入到一种粮食作物--大豆中。

　　Long说：现在在烟草和大豆这两种非常不同的作物中都显示出了非常可观的产量增长，这表明这具有普遍的适用性。我们的研究表明，实现产量的提高受到环境的强烈影响。关键是要确定这一结果在不同环境中的可重复性，并进一步改进，以确保收益的环境稳定性。

　　今年正在对这些转基因大豆植株进行额外的田间试验，预计2023年初会有结果。

　　这项工作的主要影响是为展示我们可以通过生物工程设计光合作用和提高产量来增加主要作物的粮食产量打开道路，De Souza说。这是确认RIPE项目所根植的思想是提高主要粮食作物产量的成功手段的开始。

　　RIPE是一个国际研究项目，旨在通过为撒哈拉以南非洲的小农户提高粮食作物的光合效率来提高全球粮食产量，该项目得到了比尔及梅林达-盖茨基金会、粮食及农业研究基金会以及英国外交、联邦及发展办公室的支持。

　　RIPE由伊利诺伊大学牵头，与澳大利亚国立大学、中国科学院、英联邦科学和工业研究组织、兰卡斯特大学、路易斯安那州立大学、加州大学伯克利分校、剑桥大学、埃塞克斯大学和美国农业部农业研究局合作。