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2022年8月19日， Science杂志以封面形式接受了美国伊利诺伊大学香槟分校Stephen P. Long项目团队的邀请：“soybeanphotosynthesisandcropyieldareimprovedbyacceleratingrecoveryfromphom
光能的吸收对于光合作用是不可缺少的，但过度吸收的光能会对植物造成损伤。 为了适应自然环境光强不断变化的情况，植物通过进化多种光保护机制，耗散吸收的多余光能，被称为非光化学猝灭( NPQ )。 但作物冠层内频繁遮阳棚迁移后，NPQ机制减缓，光化学能量大量损失( 7.5%- 30%之间)。 在大豆作物冠层，遮阳过渡时的缓慢NPQ缓和每天花费了11%的碳同化。 类胡萝卜素(胡萝卜素及其氧化衍生物叶黄素)在NPQ过程中参与单态激发态Chls的猝灭，该过程控制膜中激发态的水平，从而保护光合装置免受高光损伤。 这个过程需要叶黄素通过叶黄素脱环氧化酶( VDE )、叶黄素( ZEP )的循环。 另外，光学系统ii(PSII )亚基s )PSII )也参与NPQ弛豫，参与PSII的触角发生构象变化(下图)。 以前的研究表明，烟草中上调VDE、PsbS和ZEP三个基因(简称VPZ )后，明显加速了NPQ的诱导和缓解。 但有研究表明，含VPZ的转基因拟南芥未能显示增加的生物量积累。 因此，在这项研究中，为了测试将VPZ导入主要农作物是否能增产，构建了VPZ转基因大豆。
图.参与缓解NPQ的叶绿体过程总结( biochemicaljournal(2019 ) 47627252741 )该研究首先研究了加速缓解NPQ的At VDE、At PsbS和atzep(vpz )超表达大豆并连续两年进行田间试验，测试转基因大豆T4和T5纯合子后代独立转基因系的光合、生长和种子产量的影响。 研究表明，VPZ转基因过表达明显提高种子产量，其中在ND-18-34A品种中观察到的最大差异( 6533% )。 同时研究表明，三种蛋白质各自的增加比例似乎比总增加更重要。
图.工程大豆中蛋白质表达、产量和种子组成。
后来，该研究表明，At VDE、At PsbS和At ZEP，即VPZ基因的过表达会引起大豆中更快的NPQ弛豫。 研究表明，大豆中VPZ基因的过表达会导致ND-18-34A和YZ-19-21中紫黄色质水平的整体下降，同时高光暴露期，即下午2点玉米黄质含量增加。 此外，该研究还表明，由于At VDE、At PsbS和At ZEP，即VPZ基因的过度表达，波动光中大豆的PSII从2.5%增加到11.5%，光合效率提高。 同时相对于WT，这些变动光条件下的NPQ值在2020年平均下降21%，2021年平均下降17%。
图.稳态光和波动光的光合效率最后，该研究探讨了VPZ基因过表达促进更快缓解NPQ和提高光合效率如何导致种子产量的增加。 该研究认为，只有在光有变动的情况下，提高NPQ弛豫率才能提高生产率。 因此，可以预测，在生长期间，VPZ植物在大量阳光照射下的阴影变化将比这些变化较少的植物更具优势。 这表明，2020年田间结果中VPZ品系明显优于WT，但2021年年产量增长不足。 因为在2021年，就在种子灌浆的关键阶段之前，猛烈的风暴使作物滞留，上部的叶子位于冠层下部的叶子上，许多叶子被永久遮蔽。 综上所述，At VDE、At PsbS和At的过表达在2年田间试验中，大豆中的ZEP促进了NPQ弛豫的加速，同时也提高了波动光下的光合效率。 通过加快缓解NPQ，2020年观察到的5个独立事件的平均种子产量增加了24.5%。
论文链接： www.science.org/doi/10.1126/science.ADC 9831温馨提示：本文转载自《iPlants》。 文章转载仅用于学术传播，无商业用途，版权归原作者所有。 如果有侵权问题，请联系我们。 我们应该
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