4月21日，郭房庆研究员在人工气候室里观察水稻生长状况。新华社 张建松 摄
随着温室效应加剧，全球气候变暖造成的“高温胁迫”，对世界粮食安全造成严重威胁。利用先进的遗传工程手段，中科院分子植物科学卓越创新中心、植物分子遗传国家重点实验室郭房庆研究组，经过长达6年多的努力，在提高植物光合效率和产量方面取得突破性进展。
据郭房庆研究员介绍，植物细胞中的叶绿体是进行光合作用的场所，高强光条件或高温胁迫，通常会引起叶绿体中的活性氧累积，抑制光合作用过程。其主要原因是造成叶绿体内的光合复合体PSII关键蛋白D1的迅速降解，叶片光合机能下降，进而导致作物减产。
在高强光条件或高温胁迫下，如何提高叶绿体内的光合复合体PSII修复效率，进而增强植物的光合效率，提高生物量和产量，是长期困扰这一领域科学家的基础性科学问题和挑战性难题。
在以往研究中，科学家们大多致力于从叶绿体内寻求解决之道。在中国科学院先导项目、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会等相关项目资助下，郭房庆带领陈娟华、陈思婷等研究组成员，突破思维定势、独辟蹊径。
他们利用先进的遗传工程手段，克隆并构建了一个全新的、由高温响应启动子驱动的“融合基因”，并整合拟南芥、烟草和水稻的基因组。经过遗传转化，在拟南芥、烟草和水稻三种植物中，成功创建了一条全新的、细胞核融合基因表达的D1蛋白合成途径。
“这就相当于建立了植物细胞D1蛋白合成的双途径机制。一个途径是天然的叶绿体途径，另一个用基因工程创建的细胞核途径。通过增加植物细胞核源D1合成途径，给植物补充D1，从而提高植物高温抗性和光合效率，提高生物量和产量。”郭房庆说。
研究表明，拥有“D1蛋白合成双途径”的拟南芥、烟草和水稻改良株系，在高温抗性、光合效率、二氧化碳同化速率、生物量等方面，相较于野生型均有大幅度增加，效果显著。科研团队分别在上海松江和海南三亚陵水育种基地，对水稻遗传工程改良株系的产量进行了多年验证，水稻增产幅度在8.1%-21.0%之间。
21日，国际权威学术期刊《自然·植物》刊发了相关研究论文。
