中美等国合作改造光合作用提高全球作物产量潜力

9月15日，实现增加光合作用效率（RIPE）研究团队获得4500万美元的投资资助，其投资者为比尔·梅琳达盖茨基金会、美国食品农业研究基金会和英国国际发展司，以支持该团队继续开展工程改造光合作用、提高作物产量的研究。“今天，联合国5个主要机构共同发表了评估报告，它激励我们为到2030年及以后永久消除饥饿和营养不良而持续努力。”RIPE项目主任、伊利诺伊大学教授Steve Long说，“当前投资光合作用研究恰当其时。

目前，重要粮食作物的产量提高速度很慢，亟需发展全新方法，大幅提高作物产量，以保证在未来为持续增长的、城市化程度日益增加的全球人口提供足够的粮食。”据了解，RIPE的主要目标是通过工程改良提高主要农作物光合作用光能利用效率，进而提高作物产量潜力。该项目由美国伊利诺伊大学牵头，由包括美国农业部光合作用研究单位、英国艾斯克斯大学、澳大利亚国立大学、中科院上海植物生理生态研究所等在内的多个国际机构共同参与。“我们在工程改造光合作用领域的成功是令人振奋的。”RIPE项目副主任、伊利诺伊大学教授Don Ort说，“RIPE已经证实光合作用效率可以被提高，进而有效帮助消除当前粮食增长与未来粮食需求之间的差距。”

据介绍，RIPE采取的主要策略是在系统模型指导下，定点改良光合作用效率从而提高作物产量潜力。“该策略的核心是通过有效利用全球过去半个世纪以来的光合作用研究成果，建立光合作用系统模型，利用模型对可能提高光合效率的成千上万的潜在途径进行系统评估，从而筛选出最能有效提高光能利用效率的途径，并通过生物工程的手段进行作物光合作用改良。利用这个途径有望促成未来农业的全面革新，为解决未来粮食问题提供全新方案。”RIPE共同负责人、中科院上海植物生理生态所研究员朱新广说。此次，朱新广带领的团队将与国际研究组通力合作，建立涵盖从细胞代谢、叶片直到冠层直到生态系统水平的光合作用模型，并用于发现改良光合效率的新途径，从而为光合作用工程改造持续增加新动力。利用这种模型指导下的工程改造策略，RIPE研究人员已鉴定出多条可提高光能利用效率的新途径。在RIPE第一期项目中盖茨基金会投资了2500万美元，为期5年，其中多条改良光合作用的途径已通过工程改造方法得到系统验证。

去年，《科学》杂志发表了RIPE团队的一项进展，表明该途径可有效提高20%的作物产量，这与传统育种中每年仅增加1%~2%的产量相比是一个巨大进步。目前，RIPE项目中的另外两个工程改造途径在温室及初步大田实验中也表现出大幅产量提高作用。“从发现基因到这些基因被有效运用到改良的作物中一般需要15年左右的时间，因此基于我们现在发现的这些能够提高光合作用效率的‘超级作物’出现在农田中可能也要到2030年了。” Long说，将已发现的提高光合效率的途径有效用于作物改良是RIPE的核心研究内容。