LI-6800應用案例 |【Molecular Plant】人工合成光呼吸捷徑可顯著增強水稻光合作用，促進產(chǎn)量提高

原文以  A Synthetic Photorespiratory Shortcut Enhances Photosynthesis to Boost Biomass and Grain Yield in Rice 為標題發(fā)表在 Molecular Plant（IF=12.084）上。
作者 |  Li-Min Wang, Bo-Ran Shen, Bo-Di Li等
翻譯 | 子毅

之前的研究表明，通過設計光呼吸旁路，提高葉綠體中CO₂濃度，或是優(yōu)化能量平衡，都可增強植物的光合作用。

在本研究中，研究者設計出光呼吸捷徑—GCGT旁路。該捷徑由四種酶組成，分別是水稻乙醇酸氧化酶（Oryza sativa glycolate oxidase）、大腸桿菌過氧化氫酶（Escherichia colicatalase）、乙醛酸聚醛酶（Glyoxylate carboligase）以及羥基丙二酸半醛還原酶（Tartronic semialdehyde reductase）。

GCGT旁路由一個優(yōu)化的葉綠體信號肽引導，靶向目標是葉綠體，可把乙醇酸代謝到卡爾文循環(huán)中75%的碳重新定向，進而提高葉綠體內(nèi)CO₂濃度，這與自然光呼吸途徑一致。

數(shù)據(jù)顯示，GCGT轉(zhuǎn)基因水稻的生物量和產(chǎn)量均顯著得到了提高，但結(jié)籽率所有下降。

通過轉(zhuǎn)錄組、生理和生化分析，光合碳水化合物不能有效轉(zhuǎn)運到籽粒中，是導致結(jié)籽率降低的原因。

因此，未來的研究，還需要努力尋找提高光合產(chǎn)物轉(zhuǎn)運能力的辦法。

LI-6800高級光合-熒光測量系統(tǒng)在本研究中的作用

使用LI-6800高級光合-熒光測量系統(tǒng)測量水稻光合作用

在灌漿期，使用LI-6800開路式氣體交換測量系統(tǒng)測量完全展開的旗葉：包括光合日動態(tài)、光響應曲線、CO₂響應曲線（Shen et al.,2019）。使用LI-COR的軟件擬合求算AQE（表觀量子效率）、Amax（最大凈光合速率）和LSP（光飽和點）。

根據(jù)Yeo等（1994）的方法估算光呼吸速率：分別在2% O₂濃度和21% O₂濃度條件下測量凈光合速率，其差值代表光呼吸。

使用LI-6800自帶6800-01A葉室測量葉綠素熒光參數(shù)。葉片暗適應20min后，測量潛在最大光化學量子效率Fv/Fm。根據(jù)Harly等（1992）文章中變數(shù)J方法計算羧化位點CO₂濃度Cc。

依據(jù)Laisk方法（Shen et al., 2019）確定二氧化碳補償點Γ*和日間呼吸作用Rd。采用Walker等（2016b）的線性化方法分析曲線。

在不同光強條件下（100，300，600 μmol m^-2s^-1）測量CO₂響應曲線的線性部分：濃度從100到20 （ μmol mol^-1）。把每個光下測量的曲線做線性擬合，3條CO₂響應曲線的交叉點：橫坐標軸對應的是Γ*，縱坐標對應的是日間呼吸作用Rd。

原文中的主要數(shù)據(jù)圖