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健康

新基因BOOSTER提升光合作用效率,助植物生長更快更高

明日科學

更新於 2024年12月05日12:05 • 發布於 2024年12月05日12:00 • 高 詩豪

加州黑楊樹(Populus trichocarpa)最近發現了一個令人興奮的新基因「BOOSTER」,這可不是普通的基因!研究顯示,這個基因不僅能提升樹木的光合作用效率,還能讓樹長得更高、更壯。在溫室實驗中,帶有BOOSTER基因的轉基因楊樹,比普通楊樹高出了37%,生物量也增加許多,堪稱植物界的「加速器」。

「BOOSTER」是怎麼被找到的?

科學家們透過基因組關聯分析(genome-wide association study,GWAS),對1,000棵楊樹的基因進行篩選,鎖定這個特殊基因。BOOSTER能幫助植物在太陽直射與陰影間快速調節光合作用,避免陽光過強造成傷害。特別的是,這個基因雖然位於細胞核,但攜帶了一段來自葉綠體的基因序列,讓它在植物界顯得獨一無二。

圖展示了BSTR基因如何提升植物光合作用和生長效率: A圖:BSTR基因能修復突變植株(sig6突變株)的葉綠素缺陷,讓幼苗生長恢復正常。 B-I圖:BSTR影響多個關鍵基因的表現,包括與光合作用相關的psbA(光系統II蛋白)和psaA(光系統I蛋白),以及調控光合作用效率的ndh基因。 J圖:BSTR在細胞核和葉綠體之間傳遞信號,調節光合作用機制,最終提升光合作用效率與植物產量。(圖/《發育細胞》)
圖展示了BSTR基因如何提升植物光合作用和生長效率: A圖:BSTR基因能修復突變植株(sig6突變株)的葉綠素缺陷,讓幼苗生長恢復正常。 B-I圖:BSTR影響多個關鍵基因的表現,包括與光合作用相關的psbA(光系統II蛋白)和psaA(光系統I蛋白),以及調控光合作用效率的ndh基因。 J圖:BSTR在細胞核和葉綠體之間傳遞信號,調節光合作用機制,最終提升光合作用效率與植物產量。(圖/《發育細胞》)

研究人員進一步將BOOSTER基因轉入模式植物阿拉伯芥,結果也顯示了生物量和種子數量的顯著增加,證明這個基因可能適用於其他作物,並非黑楊樹專屬。

未來應用:超級作物的可能性

BOOSTER基因的發現為生物燃料和糧食生產帶來了希望。如果這些結果能在其他植物和大規模環境下複製,未來或許能培育出「超級作物」,極大提升產量與資源利用效率。研究下一步將在其他作物和不同氣候條件下進行測試,探索BOOSTER的潛力。

「這只是個開始,但如果成功,BOOSTER基因可能改變農業與能源生產的格局!」研究團隊表示。

研究刊登在最新一期的《發育細胞》。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:Feyissa et al. (CC BY 4.0)

圖片來源:Developmental Cell (CC BY 4.0)

參考論文:
An orphan gene BOOSTER enhances photosynthetic efficiency and plant productivityDevelopmental Cell

延伸閱讀:
1、17.5億年前的化石細胞:揭示藍綠菌最古老光合作用證據

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