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中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所在水稻光合作用關(guān)鍵酶RuBisCO作用機(jī)理研究中取得新進(jìn)展

   日期:2024-12-10     來源:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所    瀏覽:21    評(píng)論:0    
核心提示:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所在水稻光合作用關(guān)鍵酶RuBisCO作用機(jī)理研究中取得新進(jìn)展時(shí)間:2024-12-09 13:32來源:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科
                   中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作科所在水稻光合作用關(guān)鍵酶RuBisCO作用機(jī)理研究中取得新進(jìn)展
放大字體  縮小字體時(shí)間:2024-12-09 13:32 來源:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所
     近日,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物耕作與生態(tài)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù)對(duì)光合作用關(guān)鍵酶RuBisCO的小亞基編碼基因 OsrbcS 進(jìn)行多基因和多位點(diǎn)編輯,創(chuàng)制了一系列突變體材料,并解析了RuBisCO小亞基特定位點(diǎn)調(diào)控水稻光合效率及產(chǎn)量形成的生理與分子機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)(Plant Biotechnology Journal)》上。
 
  RuBisCO是光合作用中決定碳同化速率的關(guān)鍵酶,但因其催化速率低和底物特異性差,也被稱為“低效率酶”。因此,提高該酶的催化活性成為提升光合作用效率的重要靶標(biāo)之一。RuBisCO是由8個(gè)大亞基(RbcL)和8個(gè)小亞基(RbcS)組成的復(fù)合體,其中小亞基在其組裝及穩(wěn)定全酶結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮著重要作用,是RuBisCO實(shí)現(xiàn)催化活性所必需的。目前對(duì)于RuBisCO小亞基的功能研究很少,尚不清楚其對(duì)水稻光合生理和生長發(fā)育的影響。
 
  研究團(tuán)隊(duì)對(duì)具有不同編輯類型的 Osrbcs 突變體進(jìn)行大田表型和生理特性分析,發(fā)現(xiàn)在田間條件下, OsrbcS 突變導(dǎo)致水稻生長發(fā)育遲緩、抽穗延遲和產(chǎn)量下降,并且RuBisCO的含量、活性及光合作用效率均顯著降低,葉片中碳水化合物含量減少。此外,部分突變體植株的分蘗數(shù)顯著減少,進(jìn)一步分析表明,該部分突變體水稻莖基部的糖含量降低,調(diào)控水稻分蘗的關(guān)鍵蛋白含量減少,同時(shí)細(xì)胞分裂素相關(guān)途徑基因顯著上調(diào),可能造成細(xì)胞分裂素含量降低從而減少分蘗。進(jìn)一步對(duì)該部分突變體的RuBisCO全酶結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析,發(fā)現(xiàn)與野生型沒有顯著差異,表明 OsrbcS 的突變并未影響RuBisCO蛋白的組裝以及結(jié)構(gòu)。該研究為未來作物RuBisCO遺傳改造、從而提高作物光合作用效率及產(chǎn)量提供了參考和可行思路。
 
  作科所已畢業(yè)博士生周昱婕為該論文的第一作者,周文彬研究員為該論文的通訊作者。該研究得到“科技創(chuàng)新2030”—農(nóng)業(yè)生物育種重大項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、中國農(nóng)科院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。
 
  原文鏈接:https://doi.org/10.1111/pbi.14535
 
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