近日，中国农业科学院作物科学研究所作物耕作与生态创新团队利用基因编辑技术对光合作用关键酶RuBisCO的小亚基编码基因 OsrbcS 进行多基因和多位点编辑，创制了一系列突变体材料，并解析了RuBisCO小亚基特定位点调控水稻光合效率及产量形成的生理与分子机制。相关研究成果发表在《植物生物技术（Plant Biotechnology Journal）》上。
RuBisCO是光合作用中决定碳同化速率的关键酶，但因其催化速率低和底物特异性差，也被称为“低效率酶”。因此，提高该酶的催化活性成为提升光合作用效率的重要靶标之一。RuBisCO是由8个大亚基（RbcL）和8个小亚基（RbcS）组成的复合体，其中小亚基在其组装及稳定全酶结构方面发挥着重要作用，是RuBisCO实现催化活性所必需的。目前对于RuBisCO小亚基的功能研究很少，尚不清楚其对水稻光合生理和生长发育的影响。
研究团队对具有不同编辑类型的 Osrbcs 突变体进行大田表型和生理特性分析，发现在田间条件下， OsrbcS 突变导致水稻生长发育迟缓、抽穗延迟和产量下降，并且RuBisCO的含量、活性及光合作用效率均显著降低，叶片中碳水化合物含量减少。此外，部分突变体植株的分蘖数显著减少，进一步分析表明，该部分突变体水稻茎基部的糖含量降低，调控水稻分蘖的关键蛋白含量减少，同时细胞分裂素相关途径基因显著上调，可能造成细胞分裂素含量降低从而减少分蘖。进一步对该部分突变体的RuBisCO全酶结构进行解析，发现与野生型没有显著差异，表明 OsrbcS 的突变并未影响RuBisCO蛋白的组装以及结构。该研究为未来作物RuBisCO遗传改造、从而提高作物光合作用效率及产量提供了参考和可行思路。
作科所已毕业博士生周昱婕为该论文的第一作者，周文彬研究员为该论文的通讯作者。该研究得到“科技创新2030”—农业生物育种重大项目、国家自然科学基金、中国农科院创新工程等项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.14535
日期：2024-12-09
