近日，我校廣東省粵北食藥資源利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳太鈺教授課題組關(guān)于CO?運(yùn)輸與光合作用機(jī)制的兩項(xiàng)研究成果,，相繼在國(guó)際著名植物科學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《New Phytologist》（中科院一區(qū)TOP,，5年影響因子為10.2）和《Plant Biotechnology Journal》（中科院一區(qū)TOP，5年影響因子為12.1）收錄發(fā)表,。這標(biāo)志著我校在植物科學(xué)領(lǐng)域的研究水平取得了顯著提升,，也為學(xué)校科研實(shí)力的增強(qiáng)注入了新的動(dòng)力,。

成果一：揭示水稻OsβCA1基因調(diào)控CO?運(yùn)輸與氣孔運(yùn)動(dòng)的新機(jī)制

1月30日,，《New Phytologist》在線發(fā)表了課題組題為“Alternative Transcriptional Initiation of OsβCA1 Produces Three Distinct Subcellular Localization Isoforms Involved in Stomatal Response Regulation and Photosynthesis in Rice”的研究論文。

植物碳酸酐酶（Carbonic Anhydrase, CA）是光合作用,、pH調(diào)節(jié),、氣孔運(yùn)動(dòng)、離子平衡及碳固定等過(guò)程的關(guān)鍵酶,，不僅催化CO2水合為HCO3-,，促進(jìn)其在細(xì)胞質(zhì)中快速擴(kuò)散，而且還通過(guò)在葉綠體基質(zhì)中催化HCO3-的脫水為Rubisco提供CO2,。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)OsβCA1的cDNA全長(zhǎng)測(cè)序數(shù)據(jù)分析,，發(fā)現(xiàn)OsβCA1通過(guò)選擇性轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生三種亞型（OsβCA1A、OsβCA1B和OsβCA1C),，分別定位于葉綠體,、細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)，其中,，OsβCA1A/C和OsβCA1B分別約占OsβCA1總量的97%和3%,。為了對(duì)不同亞型的主要生物學(xué)功能進(jìn)行進(jìn)一步分析,，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)三個(gè)轉(zhuǎn)錄本分別創(chuàng)制CRISPR敲除突變體。進(jìn)一步的生理生化實(shí)驗(yàn)證明：定位于葉綠體的OsβCA1A亞型通過(guò)向葉綠體基質(zhì)中的Rubisco提供CO2參與到CO2的固定,，而定位于細(xì)胞膜的OsβCA1B亞型則主要負(fù)責(zé)調(diào)控氣孔的孔徑和氣孔導(dǎo)度,。

OsβCA1基因通過(guò)選擇性轉(zhuǎn)錄的方式產(chǎn)生三種不同亞細(xì)胞定位的碳酸酐酶

該研究首次揭示了水稻OsβCA1基因通過(guò)選擇性轉(zhuǎn)錄的方式產(chǎn)生三種不同亞細(xì)胞定位的碳酸酐酶亞型，并闡明了這些亞型在CO₂擴(kuò)散,、固定以及氣孔運(yùn)動(dòng)調(diào)控中的功能分工,。這一發(fā)現(xiàn)不僅豐富了植物CO₂感知與利用的理論體系，還為提高作物CO₂運(yùn)輸效率,、優(yōu)化碳固定機(jī)制以及高光效育種提供了新的研究方向,。

成果二：創(chuàng)新Rubisco聚集策略，開(kāi)辟光合作用效率提升新路徑

3月14日,，《Plant Biotechnology Journal》在線發(fā)表了課題組題為“Engineering Rubisco Condensation in Chloroplasts to Manipulate Plant Photosynthesis”的研究論文,。

該研究創(chuàng)新性地提出了一種通過(guò)改造Rubisco聚集特性來(lái)提升植物光合作用效率的策略：將天然具有形成二（寡）聚體特性的接頭蛋白融合至RbcL（Rubisco的大亞基）的C端。利用接頭蛋白的自聚集特性以及Rubisco本身八聚體的結(jié)構(gòu)特征,，觸發(fā)Rubisco的聚集,。其中，超折疊綠色熒光蛋白（sfGFP）因其獨(dú)特的二聚體和具有熒光的特性被選為理想候選蛋白,。通過(guò)葉綠體轉(zhuǎn)化技術(shù),，我們成功將sfGFP標(biāo)記到RbcL的C端，且這一修飾既不影響Rubisco的正常表達(dá)與組裝,，也不改變其酶活性特征,。熒光顯微鏡觀察顯示，轉(zhuǎn)基因植株葉綠體中的Rubisco不再呈均質(zhì)分布,，而是形成了明顯的聚集點(diǎn),。進(jìn)一步的光漂白后熒光恢復(fù)（FRAP）實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這些重組蛋白形成了典型的高度動(dòng)態(tài)凝聚體（condensate）,，而非無(wú)活性的蛋白變性沉淀,。

這些研究結(jié)果為后續(xù)引入羧酶體殼蛋白包裹內(nèi)源Rubisco奠定了重要基礎(chǔ)。這一突破性進(jìn)展為理解Rubisco的調(diào)控機(jī)制提供了新視角,，同時(shí)也為作物高光效育種和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑,。

由寡聚接頭觸發(fā)Rubisco的高度動(dòng)態(tài)凝聚體（condensate）

這兩項(xiàng)研究成果不僅為植物光合作用機(jī)制的理論研究提供了重要突破，也為作物高光效育種和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)支撐,。課題組負(fù)責(zé)人陳太鈺教授表示,，將繼續(xù)圍繞CO?運(yùn)輸與固定機(jī)制開(kāi)展深入研究，推動(dòng)相關(guān)成果在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用,，為實(shí)現(xiàn)糧食安全,、應(yīng)對(duì)氣候變化以及促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)智慧和力量。

學(xué)校也將以此為契機(jī),，持續(xù)加強(qiáng)廣東省粵北食藥資源利用與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),，扎根粵北特色資源優(yōu)勢(shì),，深化與農(nóng)業(yè)企業(yè)的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同，為鄉(xiāng)村振興與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展注入科技動(dòng)能,。