遺傳發育所水稻光合效率提高的分子機理研究取得進展

　　光合作用是綠色植物及光合細菌在光下利用光合色素，將二氧化碳和水轉化為碳水化合物并釋放氧氣的過程，是整個生物界賴以生存的基礎。提高光合作用效率是農作物增產的一個根本途徑。

　　光合作用在綠色植物所特有的細胞器——葉綠體中進行，存在于葉綠體上的光合膜含有豐富的糖脂（半乳糖甘油酯），而UDP-半乳糖是合成這些糖脂的主要供體。目前有關光合膜上糖脂組裝的遺傳和生化分析已有研究，但對糖脂合成過程中UDP-半乳糖底物供應來源和產生機制一直不甚清楚。

　　中國科學院遺傳與發育生物學研究所基因組生物學研究中心儲成才研究組通過大規模篩選鑒定水稻光合能力和碳同化突變體（photoassimilate defective1, phd1），克隆和鑒定了編碼一個新型UDP-葡萄糖差向異構酶（UDP-glucose epimerase, UGE）基因PHD1。以往人們一直認為UGE僅僅存在于細胞質中，儲成才實驗室通過大量分子生物學和免疫細胞學等手段，證明PHD1存在于葉綠體基質中；進一步生化實驗也表明，這個酶催化生成糖脂合成底物——UDP-半乳糖的過程是在葉綠體內進行。這是首次發現UGE也存在于葉綠體中。

　　進一步功能鑒定表明，PHD1參與了糖脂的生物合成以及光合膜的生物發生過程。因此，這項研究不僅發現了一種新型質體定位的UDP-葡萄糖差向異構酶，而且闡明了高等植物光合膜上糖脂糖基組分的來源和發生機制，并暗示了該機制在綠色植物中是保守的，為進一步研究光合膜糖脂在植物光合作用以及生長發育過程中的重要作用奠定了基礎。

　　phd1突變體中糖脂的不足嚴重影響了光合色素的含量，并降低了有效光化學效率。有意思的是，在過表達PHD1的轉基因株系中決定水稻產量的兩個主要因子：有效穗數和籽粒千粒重都顯著增加，并最終提高了水稻產量。PHD1不僅對水稻分蘗、千粒重及株高等產生適度(fine-tuning)促進效應，尤為重要的是，過表達植株的光合能力，尤其是在低光強下光合能力得到顯著提高。因此，PHD1為新一代水稻以及能源作物高產育種，特別對西南如四川、云南、貴州等光強不足地區的作物高產改良提供了一種全新的思路，具有顯著的潛在應用價值和經濟意義。該研究成果已申請國內外ZL，并于7月28日在國際雜志PLoS Genetics上發表。

　　儲成才實驗室博士研究生李春來為該論文的第一作者，該研究得到了中國科學院、科技部、農業部和國家自然科學基金委的資助。