隨著溫室效應加劇，全球氣候變暖造成的“高溫脅迫”，對世界糧食安全造成嚴重威脅。利用先進的遺傳工程手段，中科院分子植物科學卓越創新中心、植物分子遺傳國家重點實驗室郭房慶研究組，經過長達6年多的努力，在提高植物光合效率和產量方麵取得突破性進展。
據郭房慶研究員介紹，植物細胞中的葉綠體是進行光合作用的場所，高強光條件或高溫脅迫，通常會引起葉綠體中的活性氧累積，抑製光合作用過程。其主要原因是造成葉綠體內的光合複合體PSII關鍵蛋白D1的迅速降解，葉片光合機能下降，進而導致作物減產。
在高強光條件或高溫脅迫下，如何提高葉綠體內的光合複合體PSII修複效率，進而增強植物的光合效率，提高生物量和產量，是長期困擾這一領域科學家的基礎性科學問題和挑戰性難題。
在以往研究中，科學家們大多致力於從葉綠體內尋求解決之道。在中國科學院先導項目、科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金委員會等相關項目資助下，郭房慶帶領陳娟華、陳思婷等研究組成員，突破思維定勢、獨辟蹊徑。
他們利用先進的遺傳工程手段，克隆並構建了一個全新的、由高溫響應啟動子驅動的“融合基因”，並整合擬南芥、煙草和水稻的基因組。經過遺傳轉化，在擬南芥、煙草和水稻三種植物中，成功創建了一條全新的、細胞核融合基因表達的D1蛋白合成途徑。
“這就相當於建立了植物細胞D1蛋白合成的雙途徑機製。一個途徑是天然的葉綠體途徑，另一個用基因工程創建的細胞核途徑。通過增加植物細胞核源D1合成途徑，給植物補充D1，從而提高植物高溫抗性和光合效率，提高生物量和產量。”郭房慶說。
研究表明，擁有“D1蛋白合成雙途徑”的擬南芥、煙草和水稻改良株係，在高溫抗性、光合效率、二氧化碳同化速率、生物量等方麵，相較於野生型均有大幅度增加，效果顯著。科研團隊分別在上海鬆江和海南三亞陵水育種基地，對水稻遺傳工程改良株係的產量進行了多年驗證，水稻增產幅度在8.1%-21.0%之間。
21日，國際權威學術期刊《自然·植物》刊發了相關研究論文。
