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面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。

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新浦京www81707con > 科研进展

遗传发育所发现提高植物生产力新途径

2021-04-09 遗传与发育生物学研究所
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  植物光合作用产生的碳水化合物维持地球上的生命和生态系统。淀粉是植物叶绿体中最丰富的碳水化合物,是光合作用碳同化的产物和重要的储存物质。磷酸葡萄糖异构酶(PGI)催化葡萄糖6-磷酸(G6P)和果糖6-磷酸(F6P)之间的相互转化,在质体与细胞质中存在同工酶。质体PGI(PGIp)参与光合作用的淀粉合成,胞质PGI(PGIc)参与蔗糖合成和糖酵解过程。鉴于PGIs在植物生化和谷物作物种植中的重要性,对其结构和功能进行深入研究具有重要意义。

  新浦京www81707con遗传与发育生物学研究所研究员刘翠敏课题组发现将稳定更强、活性更高的细胞质形式的PGI(PGIc)工程化转进叶绿体后,提高了植物的光合作用和生物产量。该研究揭示了合成生物学是继绿色革命之后,提高农作产量、改善农作物特性的破冰利器之一。研究人员通过对小麦中两种亚细胞定位的PGIs(PGIc和PGIp)蛋白的三维结构的解析,揭示了PGIc相对于PGIp活性更高、稳定性更强的结构基础。进一步,研究人员将PGIc转入进拟南芥pgip突变体中,转基因植株均能够在幼苗阶段回补其表型。PGIc转基因植株的光合作用率提高、淀粉积累增多、二氧化碳吸取增加、植物生物量及产量大幅增加。该研究为使用基因工程控制叶绿体中的淀粉代谢途径、改善植物生物量提供了新途径。

  相关研究成果在线发表在New Phytologist上(DOI:10.1111/nph.17368)。刘翠敏课题组博士高飞、博士生张慧君为论文的共同第一编辑,刘翠敏为论文讯编辑。研究工作得到中科院战略性先导科技专项(A类)、国家自然科学基金的资助。

高性能的PGI可提高植物淀粉积累、生物量和产量

打印 责任编辑:张芳丹

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