快速基因分析方法可加速光合作用研究

在整个生长季节，看似良性的云层经过数百万英亩的作物，造成光照强度的快速波动，无意中夺走了这些植物的生产力 - 这使我们无法获得潜在产量的蒲式耳。在最近的一项研究中，研究人员使用了一种快速筛选技术，该技术可以实时对植物进行遗传工程，以研究如何帮助植物实现其全部潜力。

光合作用是植物将光能和二氧化碳转化为食物和燃料的过程。在充足的阳光下，植物获得的能量超过了它们的能量。额外的能量可能会产生破坏性的分子，但植物却将这些能量作为热量吸收来保护自己。当云从头顶经过时，植物很难从这种保护过程中恢复，称为非光化学猝灭或NPQ。

加州大学伯克利分校的教授，主要作者Krishna Niyogi说：“植物可能需要几分钟到几小时才能完全恢复并再次以最大容量开始光合作用。” “我们正试图弄清楚如何加速工厂从NPQ的回收，模型预测可以将产量提高10%至15%。”

Niyogi和合着者正在寻找植物和藻类自然进化以从NPQ中更快恢复的机制。这项工作发表在植物杂志上，是实现增加光合效率的一部分，这是一个由比尔和梅林达盖茨基金会资助的多机构研究项目，由伊利诺伊大学Carl R. Woese基因组生物学研究所领导。

“这里开发的方法将极大地加速寻找在不同光照条件下提高光合效率的方法，”主要作者，伊利诺伊州植物生物学和作物科学的Gutgsell Endowed教授Steve Long说。

在实施这项技术之前，他们可以快速测序这些生物体的DNA，但缺乏生物学工具来快速找出导致理想特性的基因。他们将不得不花费数周或数月来创建基因构建体，将它们插入植物，培育植物，并确保基因已经表达。

现在，在几天内，这些研究人员可以使用瞬时表达在同一叶子上并排比较多个基因，这是一种评估植物病理学家广泛使用的基因功能的临时技术。通过瞬时表达，将基因表达几天，然后测试对叶子的影响。

研究人员从细菌中交换出基因，这些细菌在自然界中会在开花植物的根部产生肿瘤生长，其基因可能会加速从NPQ中恢复。

NPQ非常复杂。至少有四种不同的机制，具有不同的恢复率，共同构成了NPQ。最快的机制是由两种酶之间的拉锯战调解的。

在这项研究中，研究人员评估过度表达这些酶如何影响NPQ。他们还评估了三种远缘相关的蛋白质(来自单细胞藻类，苔藓和小型开花植物)，这些蛋白质被认为可以激活最快的机制; 他们发现来自苔藓的蛋白质具有最快的活化能力和最大的NPQ恢复能力。

最后，他们证实了来自两种海洋藻类的基因的功能，这两种藻类是新兴的模式生物。这些基因中的一个使植物能够产生已经显示出改善能量转移的色素。

最终，这种技术加速了研究过程。现在，研究人员可以利用这种技术快速鉴定提高主食作物产量所需的基因。通过比尔和梅林达盖茨基金会承诺的“全球准入”，这项工作的成果有一天可能会使小农，特别是那些努力维持撒哈拉以南非洲和东南亚社区的小农受益。

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