原文以 Diel magnesium fluctuations in chloroplasts contribute to photosynthesis in rice
為標(biāo)題發(fā)表在 Nature Plants上。
作者 | 福建農(nóng)林大學(xué)陳志長(zhǎng)課題組/日本岡山大學(xué)馬建鋒課題組/中科院分子植物科學(xué)卓-越創(chuàng)新中心朱新廣
翻譯 | 子毅

植物光合作用為人類(lèi)社會(huì)提供了所需的食物、纖維和燃料。深入了解該過(guò)程背后的調(diào)控機(jī)制，是提高光合效率的關(guān)鍵。

植物光合作用存在晝夜節(jié)律，這與環(huán)境光強(qiáng)的明暗變化密切相關(guān)。在內(nèi)因方面，基因表達(dá)、關(guān)鍵酶翻譯后修飾（Post-translational modification, PTM）會(huì)起到重要作用。

在本項(xiàng)研究中，研究者們發(fā)現(xiàn)了水稻葉綠體中Mg存在晝夜波動(dòng)現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是水稻CO₂同化的“節(jié)律調(diào)控器”。

位于綠素體內(nèi)的Mg2+離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因—OsMGT3，會(huì)有節(jié)律的在葉肉細(xì)胞中表達(dá)，這在一定程度上調(diào)控了Mg的波動(dòng)。

敲除OsMGT3后，會(huì)減少M(fèi)g2+離子吸收，減弱葉綠體中自由態(tài)Mg2+離子的波動(dòng)幅度。同時(shí)，原位核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)的活性也會(huì)下降，最終會(huì)導(dǎo)致光合碳同化速率降低。特定葉肉細(xì)胞OsMGT3的過(guò)表達(dá)會(huì)顯著促進(jìn)水稻的光合效率。

以上這些現(xiàn)象說(shuō)明，在葉綠體中，依賴(lài)于OsMGT3轉(zhuǎn)運(yùn)基因的Mg晝夜波動(dòng)，會(huì)通過(guò)影響酶活性來(lái)調(diào)控植物的光合作用。增加Mg2+離子輸入或許是提升植物光合效率的潛在方法。

使用LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量水稻光合作用

LI-6800高級(jí)光合-熒光測(cè)量系統(tǒng)在本研究中的作用

使用LI-6800測(cè)量葉片蒸騰速率E、氣孔導(dǎo)度gsw、最大羧化速率Vc,max和葉綠素?zé)晒鈪?shù)。控制葉溫30℃，相對(duì)濕度60%。

在測(cè)量?jī)敉俾蔄、蒸騰速率E和氣孔導(dǎo)度gsw時(shí)，葉室CO₂濃度設(shè)置為400μmol/mol，光強(qiáng)設(shè)置為1000μmol/m²/s。

二氧化碳響應(yīng)曲線測(cè)量：光強(qiáng)設(shè)置為2000μmol/m²/s，初始CO₂濃度設(shè)置為400，接著將其設(shè)置為300、200、100、50、0、400、400、600、800、1000、1200（以上CO₂濃度單位都是μmol/mol）。充分暗適應(yīng)后，使用LI-6800測(cè)量PSll潛在最大光化學(xué)量子效率Fv/Fm。