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2020年10月16日，Molecular Plant 杂志在线发表了来自华南农业大学彭新湘教授团队题为“A Synthetic Photorespiratory Shortcut Enhances Photosynthesis to Boost Biomass and Grain Yield in Rice” 的研究论文。文章设计并成功地在水稻叶绿体中建立了光呼吸的捷径，即GCGT旁路。GCGT水稻植株中，叶绿体中CO2 浓度增加并导致光合作用增强，所以GCGT旁路能够显著的增加水稻的生物量和谷粒产量。

一些光呼吸旁路已经被引入植物中，并显示出通过增加叶绿体二氧化碳浓度或优化能量平衡能够提升光合作用。最近报道发现，工程化的GOC 旁路可以提高水稻的光合作用和生产力。然而，GOC 植株的谷粒产量并不稳定，在不同的栽培季节，由于种子结实率的不同，谷粒产量会出现波动。

在本研究中，作者设计了一种合成的光呼吸的捷径（GCGT 旁路），该捷径由编码水稻糖乙醇酸氧化酶(glycolate oxidase) 和大肠杆菌的过氧化氢酶(catalase)、乙醛酸醛连接酶(glyoxylate carboligase) 和酒石半醛还原酶(tartronic semialdehyde reductase) 的基因组成。GCGT 旁路是由优化的叶绿体转运肽引导的，该肽靶向水稻叶绿体，将75% 的碳从乙醇酸代谢(glycolate metabolism) 转入卡尔文循环(Calvin cycle)，与原生光呼吸途径相同。GCGT 转基因植株表现出生物量产量和谷物产量的显著增加，这主要是由于叶绿体CO2 浓度增加导致光合作用增强。尽管生物量产量和谷物产量增加，但GCGT 转基因植物还是表现出种子结实率降低，这也是之前报道的GOC 植物的表型。综合转录组学、生理学和生物化学分析表明，光合碳水化合物没有以有效的方式运输到籽粒，因此导致种子结实率下降。

GCGT旁路示意图（红色）

综上所述，本研究结果表明，GCGT 光呼吸捷径主要通过提高叶绿体二氧化碳浓度来促进水稻的光合作用，进而使水稻具有更高的产量。

文章链接：https://www.cell.com/molecular-plant/fulltext/S1674-2052(20)30353-1