改写百年植物生物学进程的重要发现

　　最近，澳大利亚昆士兰大学关于光合作用的一项新研究，可能有助于培育出生长更快的小麦作物，更好地适应更炎热、更干燥的气候。

　　由昆士兰农业和食品创新联盟Robert Henry教授带领的一个研究小组，在《Scientific Reports》发表了相关研究结果，表明小麦的光合作用既发生在种子中，也发生在植物的叶片中。Henry教授说：“这一发现将彻底改变半个世纪以来的 植物生物学进程。小麦在地球上的种植覆盖面积，比其他任何作物都多，所以这一发现所带来的影响可能是巨大的。这可能会给目前不能种植小麦的地理区域，带来 更好、生长更快、产量更高的小麦作物。”

　　Henry教授说，这项工作是基于上世纪60年代在布里斯班旧殖民制糖公司的一个生物学发现。他说：“许多人说，这一生物学发现应该获得诺贝尔奖。布里斯班的研究人员当时表明，甘蔗等热带植物已经演化出一条不同的光合途径，有别于85%左右的植物中的光合途径。”

　　Henry教授说，经典的光合作用途径被称为C3，具有另一种光合作用的植物被称为C4植物。 他说：“C4植物捕获碳的速度更快，并且有更高的生长率，特别是在亚热带和热带的环境中。我们的研究表征了小麦种子中存在一条以前未知的C4光合途径—— 它并不是C4植物。就像大多数植物一样，小麦通过叶片进行光合作用，但我们也发现，在它的种子中也有光合作用。这以前从来没有被报道过，但小麦种子在成熟 前是绿色的，它是植株死亡的最后一部分。”

　　Henry教授说，光合作用——植物通过这一过程把阳光转化为能量用以生长和产生氧气，可以说是地球上最重要的生物学过程。他说：“小麦在其叶片中有经典的C3光合途径，而C3植物，包括水稻，在炎热、干燥气候中则是低效率的。”

　　“对生物工程师来说，植物科学的圣杯一直都是C3和C4植物中的光合途径，以培育出更大、更高产的作物，更好地适应气候变化和促进食品安全。世界上热带地区的人口将很快超过其他地区，这一发现对于增加粮食产量以满足未来的需求，可能有着重要的意义。”

　　Henry教授说，这个发现纯属意外。他说：“我们研究小麦种子中的基因时，所有计算机系统都指向这些C4基因，我们认为，这肯定是错误的，因为小 麦并不是C4植物。最终我们发现，小麦在不同的部位、在不同的染色体上，都有所有这些C4基因。以前它从来没有在小麦中被发现过。”

　　Henry教授说，小麦已经种植了10000多年，一直都是C3植物。他说：“1亿年前，大气中的二氧化碳含量比现在高出10倍，出现了光合作用途径。有一种理论认为，二氧化碳开始下降，植物的种子就进化出一条C4途径，来捕获更多的阳光转化为能量。”

　　我们知道，植物通过光合作用过程，吸收二氧化碳，利用阳光分解水，释放氧气。然而，我们对于“在光合作用过程中植物如何制造氧气”的机制，却知之甚 少。最近，美国路易斯安那州立大学（LSU）科学家所取得的一项突破性进展，将有助于推进我们对于这一关键生态过程的理解。相关研究结果发表在本周的 《PNAS》杂志。

　　在白天，植物利用光合作用——一个复杂的、多阶段的生化过程，将太阳的能量转化为糖。最近，一个研究小组带领的一项新研究，发现了对于光合器装配所 必需的一种蛋白质，可以帮助我们追溯到地球上生命的早期阶段，理解光合作用的历史，当时大气中的氧并不丰富。这项研究结果发表在2016年2月的 《PNAS》杂志。

　　最近，英国John Innes中心的科学家们，对于理解“植物如何开始开花”迈出了关键的一步。相关研究结果发表在《Science》杂志。