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    LI-6800應用案例 | 【Nature Plants】 葉綠體中Mg的晝夜波動調控水稻的光合作用

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    原文以 Diel magnesium fluctuations in chloroplasts contribute to photosynthesis in rice為標題發表在 Nature Plants上。

    作者 | 福建農林大學陳志長課題組/日本岡山大學馬建鋒課題組/中科院分子植物科學卓越創新中心朱新廣
           翻譯 | 子毅

    植物光合作用為人類社會提供了所需的食物、纖維和燃料。深入了解該過程背后的調控機制,是提高光合效率的關鍵。

    植物光合作用存在晝夜節律,這與環境光強的明暗變化密切相關。在內因方面,基因表達、關鍵酶翻譯后修飾(Post-translational modification, PTM)會起到重要作用。

    在本項研究中,研究者們發現了水稻葉綠體中Mg存在晝夜波動現象。這一現象是水稻CO2同化的“節律調控器”。

    位于綠素體內的Mg2+離子轉運蛋白基因—OsMGT3,會有節律的在葉肉細胞中表達,這在一定程度上調控了Mg的波動。

    敲除OsMGT3后,會減少Mg2+離子吸收,減弱葉綠體中自由態Mg2+離子的波動幅度。同時,原位核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)的活性也會下降,最終會導致光合碳同化速率降低。特定葉肉細胞OsMGT3的過表達會顯著促進水稻的光合效率。

    以上這些現象說明,在葉綠體中,依賴于OsMGT3轉運基因的Mg晝夜波動,會通過影響酶活性來調控植物的光合作用。增加Mg2+離子輸入或許是提升植物光合效率的潛在方法。

    image.png

    使用LI-6800高級光合-熒光測量系統測量水稻光合作用

    LI-6800高級光合-熒光測量系統在本研究中的作用

    使用LI-6800測量葉片蒸騰速率E、氣孔導度gsw、最大羧化速率Vc,max和葉綠素熒光參數。控制葉溫30℃,相對濕度60%。

    在測量凈同化速率A、蒸騰速率E和氣孔導度gsw時,葉室CO2濃度設置為400μmol/mol,光強設置為1000μmol/m2/s。

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


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