東方網記者解敏4月21日報道：溫度是影響植物生長週期和地理分佈的主要因素之一。隨著溫室效應的加劇，全球氣候變暖日益成為現代農業生產體系所面臨的嚴峻挑戰，同時也對世界糧食安全造成嚴重威脅。
今天，國際植物生物學著名期刊Nature Plants在線發表了中國科學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的最新突破性研究成果。該項研究在提高植物光合效率和產量方面取得突破性進展。
在這篇題為“創建細胞核源光系統II複合體D1亞基合成途徑增加光合效率和作物產量”的研究中，科研人員通過遺傳工程手段在擬南芥、菸草和水稻中創建了一條全新的蛋白合成途徑，建立了植物細胞D1蛋白合成的“雙途徑”機制（天然的葉綠體途徑和創建的核途徑）。
植物細胞中的葉綠體是進行光合作用的主要場所，陽光充足（高光強）或高溫脅迫通常會引起葉綠體中活性氧累積，抑制光合作用過程，其主要原因是造成“棲息”在葉綠體類囊體膜上光合複合體PSII（光系統II）關鍵蛋白D1的迅速降解，葉片光合機能下降，進而導致作物嚴重減產。如何提高強光條件下或高溫脅迫下PSII的修復效率，進而增強植物的光合效率，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。
郭房慶組科研團隊突破常規的思維定式和認知侷限，認為補充D1很可能是提高植物光合效率的關鍵點。科研團隊成員陳娟華和陳思婷將克隆的擬南芥葉綠體基因psbA整合到核基因組中，並由強力響應高溫脅迫的啟動子驅動表達。將這一全新構建的融合基因整合進擬南芥、菸草和水稻基因組，相當於將它們天然具有的葉綠體基因psbA成功“拷貝”到核基因組並同時獲得響應高溫脅迫啟動表達的特性。
經驗證，每種植物三個改良株系均生長旺盛，高溫抗性，光合效率，二氧化碳同化速率，生物量方面相較於野生型均有大幅度的增加，效果顯著。相較野生型，生物量的增加幅度在擬南芥轉基因株係為43.7-80.2%，菸草為15.1-22.3% ，水稻為20.6-22.9%。水稻轉基因改良株系大田條件下的產量測產分別在上海和海南三亞育種基地進行，經過多年的驗證，增產幅度在8.1-21.0%之間。
郭房慶研究組的突破性進展證實了植物在正常生長和高溫脅迫下對於D1的需求是高水平的，天然的葉綠體D1合成途徑滿足不了植物快速生長和抵抗高溫脅迫對於新合成D1蛋白的需求。該發現顛覆了這個領域科學家對於D1蛋白在光合作用中限制性功能的認知，為提高植物光能利用效率方面的一個重要突破性進展，為應對溫室效應導致全球氣候變暖條件下的糧食安全生產挑戰提供瞭解決方案。
