威尼斯wns9778-vns9848威尼斯城

为保证页面正确显示,请使用 IE9 以上 IE浏览器或 GOOGLE浏览器 360浏览器 搜狗浏览器 猎豹浏览器

您现在的位置: 威尼斯wns9778 > 国际动态
用狗尾草解决30多年的难题!C4光合作用难题的关键部分被揭示
来源:iPlants 发布时间:2021-03-16

2021年3月3日,Communication biology杂志在线发表了来自澳大利亚国立大学Florence R. Danila等人合作题为“Bundle sheath suberisation is required for C4 photosynthesis in a Setaria viridis mutant”的研究文章。该文章揭示了植物中30多年的难题,C4植物的维管束细胞中木栓质的作用是使隔室密封,不让CO2逸出。这一发现可能是改造更好的农作物并确保未来粮食安全的关键。

将C4光合作用机制引入C3作物中,除了可能提高氮和水的利用效率外,还可以提高光合作用的合成效率、生物量和产量。据预测,在水稻中实现C4光合作用途径将使水稻产量增加50%。因此,研究C4光合作用机制就非常重要。众所周知C4光合作用更有效的关键因素之一是CO2浓缩机制,即将CO2封闭在叶片组织的气密隔室内的能力,从而使低效的光合作用酶Rubisco更容易固定碳。然而目前为止,大家一直无法回答的是,什么原因使该隔室密封,从而使CO2不被逸出?

狗尾巴草(S. viridis)是一种杂草,同时也是驯养的谷子(S. italica)的野生祖先,但是可以作为C4作物的模式植物,因为其具备以下几点:植物很小、二倍体、生命周期短(8-10周)、基因组较小(约500 Mb),并且具有自我相容性、单花序通常可产生数百个种子。可以进行遗传转化,并且实现了CRISPR–Cas9介导的基因突变。因此,这些功能使S. viridis能够用于研究C4植物光合作用机制、耐旱、细胞壁组成、花序和花序发育、叶片剖解、次生代谢、植物微生物群、铝耐性和防御反应。

该研究通过在低CO2条件下高通量筛选狗尾草的突变体群体,发现了一个生长和光合作用降低的突变体,并且在高CO 2浓度下生长时表现出改善的生长。通过基因定位及生物信息学和基因表达分析表明,该突变体中的ABCG转运蛋白基因编码区具有氨基酸变化,该蛋白参与木栓质合成途径,并且特异在C4叶中特异性表达。

进一步通过染色,TEM和GC/MS证实了突变体的维管束鞘细胞细胞壁中Suberin沉积减少。同时发现该突变体中的BS电导和CO2扩散增加两倍以上。因此,突变体中的BS CO 2分压降低并且CO2碳同化受损。因此,该研究提供了实验证据,表明功能性木栓质是狗尾草植物中C 4光合作用的重要剖解特征,并且在C4植物的叶片细胞保持气密性方面起作用。此外,该研究为解决C4光合作用最后一个难题提供了思路。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s42003-021-01772-4





分享:
威尼斯wns9778 顶部

威尼斯wns9778|vns9848威尼斯城

XML 地图 | Sitemap 地图