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通过增加光合作用限速酶 Rubisco 含量增强玉米的耐冷性
日期:2020-01-02 作者:未知 来源: Plant Biotechnology Journal 点击:
     玉米是全球性的重要粮食作物之一,其年种植量比水稻和小麦多。许多 C4植物(包括玉米)在寒冷条件下的生长状况均较差。此现象部分原因与低温下Rubisco 的丰度降低有关。耐寒的 Miscanthus(芒草)是例外,它能够在这种条件下保持 Rubisco 蛋白含量。由于 Rubisco 酶的转换周期较长,科学家们一直希望能够对此做出改进。而改变 Rubisco 酶催化特性的一种方法是增加其在四碳植物叶绿体中的丰度,这将会增强 Rubisco 酶活力,并获得更高的碳同化率。
    近日,来自美国康奈尔大学附属博伊斯汤普森研究所的 David B. Stern 团队在 plant biotechnology journal 在线发表了题为“Increased Rubisco content in maize mitigates chilling stress and speeds recovery”的研究论文,他们想通过这项研究调查增加玉米中 Rubisco 含量是否可以改善低温胁迫期间或之后的生长恢复。该研究小组通过将 Rubisco 组装分子伴侣 RAF1 以及Rubisco 的大亚基(LS)和小亚基(SS)进行超表达(RAF1-LSSS),结果表明在冷处理条件下玉米转基因株系中 Rubisco 含量增加并且生长良好。
    作者研究发现在控制生长条件下,RAF1-LSSS 植物的 CO2 同化率比非转基因对照高 12%,在低温胁迫下两周后差异达到 17%,尽管在低温条件下所有基因型的同化率均降低了约 50%。叶绿素荧光测量结果表明,RAF1-LSSS 和 WT 植物在低温过程中具有相似的光化学猝灭速率,这表明 Rubisco 可能不是导致在低温条件下玉米表现不佳的主要限制因素。相反,RAF1-LSSS 在低温胁迫前后改善了光化学猝灭,表明增加的 Rubisco 可能有助于植物从低温条件下更快恢复。在低温处理前后,RAF1-LSSS 观察到的叶面积,干重和株高也相对增加。这些结果共同表明,Rubisco 含量的增加使玉米植物能够更好地应对低温胁迫,并且还改善了其随后的恢复能力,但是还需要进行其他改良以提高玉米的低温耐受性。
    作者得出的结果共同表明,Rubisco 含量的增加使玉米植物能够更好地应对低温胁迫,并且还改善了其随后的恢复能力,但仍需要进行其他改良以提高玉米的低温耐受性。
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