當(dāng)?shù)貢r間10月1日，澳大利亞國立大學(xué)（ANU）的研究小組在《自然》雜志子刊《自然-植物》上發(fā)表論文表示，可以通過靶向Rubisco酶來提高玉米的光合生產(chǎn)力。
 
　　由于動物不能直接利用大氣中的二氧化碳（CO2），因此植物通過光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物不僅供植物使用，動物也可以通過食用植物而得到有機(jī)物。這使得植物的光合生產(chǎn)力顯得極為重要。
 
　　Rubisco酶，全名核酮糖二磷酸縮化酶，大量存在于植物細(xì)胞的葉綠體中，是光合作用中限速步驟的催化劑，也是光合作用中的主要酶，幫助植物在自然界中將碳固定化，即將碳從CO2的形態(tài)轉(zhuǎn)變成葡萄糖等有機(jī)物的形態(tài)。
 
　　玉米則是全球性的重要糧食作物之一，其年種植量比水稻和小麥多。在澳大利亞，玉米是所有大田作物中地理分布最廣的作物，也是重要的糧食和生物燃料，但其產(chǎn)量與小麥或水稻相比卻并不大。
 
　　由于Rubisco酶的轉(zhuǎn)換周期較長，科學(xué)家們一直希望能夠?qū)Υ俗龀龈倪M(jìn)。而改變Rubisco酶催化特性的一種方法是增加其在四碳植物葉綠體中的豐度，這將會增強(qiáng)Rubisco酶活力，并獲得更高的碳同化率。
 
　　碳同化是指植物利用光反應(yīng)中形成的同化力（ATP和NADPH），將CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合物的過程。碳同化率越高，表示該植物光合作用的效率越高。
 
　　“玉米中所含的Rubisco酶是效的Rubisco活化酶之一，它們可以利用較少的氮完成反應(yīng)。如果我們增加玉米中的Rubisco酶含量，會對植物有什么作用？我們發(fā)現(xiàn)通過促進(jìn)玉米細(xì)胞內(nèi)Rubisco酶的增加，作物生產(chǎn)力得到了提高。”美國康奈爾大學(xué)附屬博伊斯湯普森研究所的聯(lián)合研究員大衛(wèi)·斯特恩（David Stern）說。
 
　　該研究小組通過Rubisco裝配伴侶蛋白RAF1對Rubisco酶大亞基抗體（LS）和Rubisco酶小亞基抗體（SS）進(jìn)行過表達(dá)。雖然LS和SS的過表達(dá)對Rubisco酶的含量變化沒有具體影響，但添加的伴侶蛋白RAF1使得Rubisco酶的含量增加超過30%。通過氣體交換，UBI-LSSS-RAF1型轉(zhuǎn)基因玉米的碳同化增加了15%。
 
　　“我們認(rèn)為這將有利于玉米的生長，并提高玉米對極端成長環(huán)境的容忍度。”澳國立ARC轉(zhuǎn)化光合作用杰出中心、研究小組組長羅伯特·沙伍德（Robert Sharwood）表示。
 
　　地球上的每一株植物都利用光合作用從大氣中獲取二氧化碳，但并非都以相同的途徑獲取到二氧化碳。像小麥和水稻這樣的植物使用的是傳統(tǒng)而低效的C3光合作用途徑（即三碳植物），而其他如玉米和高粱等則使用的是更為有效的C4光合途徑（即四碳植物）。
 
　　相比三碳植物，Rubisco酶在四碳植物中的工作效率更高。同時四碳植物能利用強(qiáng)日光提高自身在強(qiáng)光、高溫下的光合速率，干旱時還可以收縮部分氣孔孔徑，減少蒸騰失水，因此四碳植物能有效提高水分的利用率。這些特性在干熱地區(qū)有明顯的選擇優(yōu)勢，而研究人員預(yù)計在未來幾十年里，干燥和炎熱，將成為植物生存的普遍環(huán)境條件。
 
　　“我們能預(yù)期到的氣候變化，都會對全球糧食安全產(chǎn)生更大的威脅，”沙伍德表示，“這使得我們對高生產(chǎn)力、高適應(yīng)力的農(nóng)作物的需求迫在眉睫。”