近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物耕作與生態(tài)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù)對(duì)光合作用關(guān)鍵酶RuBisCO的小亞基編碼基因 OsrbcS 進(jìn)行多基因和多位點(diǎn)編輯，創(chuàng)制了一系列突變體材料，并解析了RuBisCO小亞基特定位點(diǎn)調(diào)控水稻光合效率及產(chǎn)量形成的生理與分子機(jī)制。相關(guān)研究成果發(fā)表在《植物生物技術(shù)（Plant Biotechnology Journal）》上。

 

　　RuBisCO是光合作用中決定碳同化速率的關(guān)鍵酶，但因其催化速率低和底物特異性差，也被稱為“低效率酶”。因此，提高該酶的催化活性成為提升光合作用效率的重要靶標(biāo)之一。RuBisCO是由8個(gè)大亞基（RbcL）和8個(gè)小亞基（RbcS）組成的復(fù)合體，其中小亞基在其組裝及穩(wěn)定全酶結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮著重要作用，是RuBisCO實(shí)現(xiàn)催化活性所必需的。目前對(duì)于RuBisCO小亞基的功能研究很少，尚不清楚其對(duì)水稻光合生理和生長(zhǎng)發(fā)育的影響。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)對(duì)具有不同編輯類型的 Osrbcs 突變體進(jìn)行大田表型和生理特性分析，發(fā)現(xiàn)在田間條件下， OsrbcS 突變導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)發(fā)育遲緩、抽穗延遲和產(chǎn)量下降，并且RuBisCO的含量、活性及光合作用效率均顯著降低，葉片中碳水化合物含量減少。此外，部分突變體植株的分蘗數(shù)顯著減少，進(jìn)一步分析表明，該部分突變體水稻莖基部的糖含量降低，調(diào)控水稻分蘗的關(guān)鍵蛋白含量減少，同時(shí)細(xì)胞分裂素相關(guān)途徑基因顯著上調(diào)，可能造成細(xì)胞分裂素含量降低從而減少分蘗。進(jìn)一步對(duì)該部分突變體的RuBisCO全酶結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，發(fā)現(xiàn)與野生型沒(méi)有顯著差異，表明 OsrbcS 的突變并未影響RuBisCO蛋白的組裝以及結(jié)構(gòu)。該研究為未來(lái)作物RuBisCO遺傳改造、從而提高作物光合作用效率及產(chǎn)量提供了參考和可行思路。

 

　　作科所已畢業(yè)博士生周昱婕為該論文的第一作者，周文彬研究員為該論文的通訊作者。該研究得到“科技創(chuàng)新2030”—農(nóng)業(yè)生物育種重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)農(nóng)科院創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1111/pbi.14535