科学家改善光合作用以创造出耐热小麦

左图是兰开斯特大学的研究生Gustaf E. Degen，研究技术员Dawn Worrall和高级讲师Elizabete Carmo-Silva发现，仅交换一种氨基酸就可以创建更好的辅助酶，该酶可以在小麦较高的温度下更有效地触发光合作用。

研究作物分子水平响应的研究人员已经朝着生产耐热小麦的目标迈出了一步。

智能恒温器告诉空调在夏季太阳下山时以及何时关闭以节约能源时打开。同样，植物具有Rubisco激活酶，简称Rca，它告诉植物的能量产生酶（Rubisco）在太阳照耀时开始活动，并发出信号，当叶片缺少光以节省能量时停止发出信号。

今天，兰开斯特大学的一个团队在《植物学报》上报道说，在构成小麦Rca的380种分子中仅交换一种分子结构单元，就可以使其在较高温度下更快地活化Rubisco，这为保护作物免受高温影响提供了机会。

“我们采用了一种小β麦Rca（2），该小麦已经很擅长在较低温度下活化Rubisco，并且仅将其氨基酸之一换成另一种小麦Rca（1）中的一种氨基酸，而另β一种小麦Rca（1）在高温下效果很好，但在室温下却很垃圾。激活Rubisco-结果是2 Rca的新形式，β是两全其美的。”兰开斯特环境中心高级讲师Elizabete Carmo-Silva负责这项工作，该研究工作名为“实现提高的光合作用效率（成熟）。

RIPE通过改善光合作用，使农作物工程化，从而提高生产力。光合作用是所有植物将阳光转化为能量和产量的自然过程。RIPE得到了Bill＆Melinda Gates基金会，美国粮食与农业研究基金会（FFAR）和英国政府国际发展部（DFID）的支持。

细目如下：天然存在的小麦Rcaβ 1具有异亮氨酸氨基酸，最高可达到39摄氏度，但对激活Rubisco的作用不强，而天然存β在的2具有蛋氨酸氨基酸，最高可达到30摄氏度，并且擅长激活​​Rubisco。在这里，研究小组使用异亮氨酸氨基酸创β建了一个新版本2，该异亮氨酸氨基酸的工作温度高达35摄氏度，并且非常擅长激活Rubisco。

兰开斯特大学的高级讲师Elizabete Carmo-Silva，研究技术员Dawn Worrall和研究生Gustaf E.Degen从左起发现，仅交换一种氨基酸就能创造出更好的辅助酶，这种酶可以在小麦较高的温度下更有效地触发光合作用。

“基本β上，1是一种垃圾酶，2β是对高温敏感的，” Carmo-Silva说。“这里最酷的事情是，我们已经证明了这一氨基酸互换可以如何使Rca在较高温度下具有活性，而又不真正影响其激活Rubisco的效率，这可以帮助农作物在温度胁迫下启动光合作用，从而提高产量。”

这项工作是在博士学位论文的支持下在大肠杆菌中进行的。兰开斯特环境中心（Lancaster Environment Center）向第一作者古斯塔夫·德根（Gustaf Degen）提供奖学金。重要的是，这些发现将支持RIPE努力表征和改善cow豆和大豆等其他粮食作物的Rca特性，每种作物具有多种不同形式的Rca。

“从非洲的cow豆生长地区来看，它一直以平均摄氏22度的水平从南非一直延伸到尼日利亚的30度左右，而更北的地区则达到了38度，”卡莫-席尔瓦（Carmo-Silva）说。“如果我们能够帮助Rubisco在这些温度下更有效地活化，那将非常有力，并且可以帮助我们缩小单产和生计所需的农民的单产潜力与现实之间的差距。”

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参考：Gustaf E. Degen，Dawn Worrall和Elizabete Carmo-Silva撰写的“异亮氨酸残基在小麦Rubisco激活酶中起热和调节作用”，植物杂志，2020年5月4日。
10.1111 / tpj.14766

RIPE项目及其发起者致力于确保全球访问，并向最需要他们的农民提供该项目的技术。

实现提高的光合作用效率（RIPE）旨在改善光合作用，为全世界的农民提供高产的农作物，以确保每个人都有足够的食物过上健康，多产的生活。该国际研究项目由比尔和梅琳达·盖茨基金会，美国粮食与农业研究基金会以及英国政府国际发展部赞助。

RIPE由伊利诺伊大学，澳大利亚国立大学，中国科学院，联邦科学与工业研究组织，兰开斯特大学，路易斯安那州立大学，加利福尼亚大学，伯克利大学，剑桥大学，艾塞克斯大学和美国农业部农业研究局。