植物细胞中的叶绿体基因转录机器控制着叶绿体的发育过程，并在调控植物光合作用中发挥着关键作用。但是叶绿体基因转录机器构造一直是未解

植物细胞中的叶绿体基因转录机器控制着叶绿体的发育过程，并在调控植物光合作用中发挥着关键作用。但是叶绿体基因转录机器构造一直是未解之谜。中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队与合作者，通过多年研究，揭开了叶绿体基因转录机器构造。该成果于北京时间3月1日在国际学术期刊《细胞》发表。据了解，此项研究将有助于提高植物的光合作用效率和吸收二氧化碳的能力，未来有望在提升农作物产量等领域发挥重要作用。（央视新闻）

新研究：提高大豆光合作用效率可大幅增加产量

新研究：提高大豆光合作用效率可大幅增加产量一项新研究说，通过基因改造可以提高大豆光合作用效率，使大豆在质量不变情况下最多可增产33%。光合作用指植物利用光能，将水和二氧化碳转化为有机物并释放氧气的过程。据介绍，遇到过强光照时，植物出于自我保护会激活叶黄素循环，从而使叶片释放多余能量，免受强光侵害；当光照因遮挡等原因减弱时，叶黄素循环这一保护性机制就会关闭，从而使植物叶片可在适当光照强度下进行光合作用。植物关闭叶黄素循环的“切换”过程往往持续数分钟，对农作物来说，这浪费了本可用于光合作用的时间。在农作物整个生长周期中，这些零碎的“数分钟”合起来占据不少时间。美国伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校研究人员领衔的团队近日在美国《科学》杂志发表论文说，大豆中被称为“VPZ”的结构可以调控叶黄素循环，该结构包含3个编码与叶黄素循环有关蛋白质的基因。在田间试验中，研究人员把大豆“VPZ”结构包含的3个基因过表达，加速了关闭叶黄素循环的“切换”过程，提高了大豆光合作用效率。结果显示，大豆产量提高20%以上，产量最高区域增产33%，并且没有影响大豆质量。研究人员先前已在烟草试验田内做过类似试验，证实对烟草的基因改造有助于提升光合作用效率，因此把试验对象拓展到大豆。眼下他们已在更多区域种下这种经过基因改造的大豆，预计2023年年初可以获得结果，以进一步验证效果。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307905.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307905.htm

科学家发现光合作用的原子级秘密

科学家发现光合作用的原子级秘密了解光合蛋白质的生产论文的共同作者、研究小组组长迈克尔-韦伯斯特（MichaelWebster）博士说："叶绿体基因的转录是制造光合蛋白的基本步骤，光合蛋白为植物提供生长所需的能量。我们希望通过更好地了解这一过程--在详细的分子水平上--能够帮助研究人员开发出光合作用更强的植物。这项工作最重要的成果是创建了一个有用的资源。研究人员可以下载我们的叶绿体聚合酶原子模型，并利用它提出自己关于叶绿体聚合酶如何发挥作用的假设，以及检验这些假设的实验策略。"光合作用是在叶绿体内进行的，叶绿体是植物细胞内的一个小区块，它含有自己的基因组，反映了叶绿体在被植物吞噬和合并之前曾是自由生活的光合细菌。看到植物叶绿体中转录光合基因的聚合酶分子。用电子显微镜收集到的单个分子图像经过分类和排列，揭示了蛋白质复合体结构架构的细节。资料来源：迈克尔-韦伯斯特和伊斯卡-普拉马尼克约翰-英纳斯中心的韦伯斯特小组研究植物如何制造光合蛋白，光合蛋白是实现这一优雅化学反应的分子机器，它将大气中的二氧化碳和水转化为单糖，并产生氧气作为副产品。蛋白质生产的第一阶段是转录，通过读取基因产生"信使RNA"。转录过程由一种名为RNA聚合酶的酶完成。叶绿体RNA聚合酶的复杂性50年前，人们发现叶绿体中含有自己独特的RNA聚合酶。从那时起，科学家们就对这种酶的复杂程度感到惊讶。它比它的祖先细菌RNA聚合酶有更多的亚基，甚至比人类的RNA聚合酶还要大。韦伯斯特小组希望了解为什么叶绿体具有如此复杂的RNA聚合酶。为此，他们需要对叶绿体RNA聚合酶的结构构造进行可视化。研究小组使用一种称为低温电子显微镜（cryo-EM）的方法，对从白芥子植物中纯化的叶绿体RNA聚合酶样本进行成像。原子级分析的启示通过处理这些图像，他们建立了一个包含分子复合体中5万多个原子位置的模型。RNA聚合酶复合体由21个亚基组成，分别在核基因组和叶绿体基因组中编码。研究人员对这一结构进行了仔细分析，从而开始解释这些元件的功能。这个模型让他们确定了一种蛋白质，它能在DNA转录过程中与DNA相互作用，并引导DNA进入酶的活性位点。另一种成分可以与正在产生的mRNA相互作用，从而在mRNA转化为蛋白质之前保护它不被蛋白质降解。韦伯斯特博士说："我们知道叶绿体RNA聚合酶的每一个组成部分都起着至关重要的作用，因为缺少其中任何一个组成部分的植物都不能制造光合蛋白质，因此也就不能变绿。我们正在仔细研究原子模型，以确定装配的21个组件中每个组件的作用。"第一作者ÁngelVergara-Cruces博士说："现在我们有了一个结构模型，下一步就是确认叶绿体转录蛋白的作用。通过揭示叶绿体转录的机制，我们的研究有助于深入了解叶绿体在植物生长、适应和应对环境条件中的作用。"共同第一作者伊斯卡-普拉马尼克（IshikaPramanick）博士说："从极具挑战性的蛋白质纯化开始，到为这一巨大复杂的蛋白质拍摄令人惊叹的低温电子显微镜图像，再到最终看到我们的工作成果的印刷版本，在这一非凡的工作历程中有许多令人惊喜的时刻。"韦伯斯特博士总结道："高温、干旱和盐度限制了植物进行光合作用的能力。面对环境压力仍能可靠地生产光合蛋白的植物可能会以不同的方式控制叶绿体转录。我们期待看到我们的研究成果被用于开发更强健作物的重要工作中。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423239.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423239.htm

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程日本冈山大学教授沈建仁等人成功捕捉到了负责植物光合作用的蛋白质中存在的催化剂吸收水分子的瞬间。研究报告发表在本周出版的《》期刊上。光合作用是指植物和藻类利用阳光分解水和二氧化碳、产生能量和氧气的反应。名为“光系统Ⅱ”的约20个蛋白质与叶绿素组成的复合体吸收光能，从水分子中分离电子和氢离子，形成氧气分子的过程是光合作用的开始。研究团队此前捕捉到水分子被光系统Ⅱ吸收之后的情形，但不知道这一过程中发生了什么。研究团队在X射线激光设施“SACLA”中，利用持续数十飞秒(1秒的1000万亿分之一)的X射线进行闪光拍摄，捕捉到了光系统Ⅱ蛋白质的快速活动。用可见光照射蛋白质，在促进反应的同时，通过X射线照射分析了吸收水分子后立体结构发生变化的情形。沈教授表示，今后将对光系统Ⅱ的最后一步，也就是出现氧分子的过程进行分析。如果能解析植物的光合作用，并应用其原理，或有望实现人工光合作用。来源，图：圆形的大型放射光设施“SPring-8”和直线型的X射线自由电子激光设施“SACLA”频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

利用人工光合作用种植作物

利用人工光合作用种植作物光合作用通常是指绿色植物吸收光能后，把二氧化碳和水转化为有机物（包括可供食用的部分）和氧气。但这个过程的能量效率非常低——只有约1%的太阳能会被植物利用。近日，通过一种人工光合作用的方法，将二氧化碳和水转化为了食物。研究人员利用的是他们自主开发的两步串联电解装置，以及两步电催化方法：首先将二氧化碳和水转化为醋酸盐，然后在黑暗环境下培养可制造食物的生物体，这些生物体能够通过“吃”醋酸盐来繁殖。其中，电能是利用太阳能电池板产生的。研究人员表示，这种有机-无机混合系统可以将能量转化效率（太阳能到“食物”）最多提升到植物的18倍。他们还探究了利用该技术种植农作物的潜力，结果发现，豇豆、番茄、烟草、大米、油菜和绿豌豆都能在黑暗环境中，使用醋酸盐中的碳来生长。研究人员表示，这种人工光合作用的方式或可以用在城市中以便种植作物，或用于未来的太空探索。

由于空气更清新 植物在周末的光合作用“生产力”更高

由于空气更清新植物在周末的光合作用“生产力”更高研究人员分析了2018年至2021年间欧洲植物叶片中叶绿素发出的光量的卫星测量结果，这代表着光合作用的发生量。通过与同期空气污染的卫星测量结果进行比较，他们发现，当气溶胶含量较低时，光合作用率就会提高。气溶胶是一种污染，包括灰尘以及由野火和人类活动产生的烟雾。气溶胶会阻止阳光照射到地球表面，从而影响植物的光合作用能力。当大气中的气溶胶污染较少时，更多的阳光可以照射到植物的叶子上。道路车辆产生的气溶胶污染会限制植物的光合作用能力图源：AlekseiGorodenkov/Alamy研究人员发现，在欧洲64%的地区，周末的光合作用率较高。He说：“周末的交通和工业活动较少，空气比工作日更清新，因此我们看到了很强的‘周循环’。”此外，与其他年份相比，2020年的气溶胶污染由于covid-19大流行而大幅减少，因此在这一年，植物一整周都很有“生产力”。研究表明，降低气溶胶含量，尤其是运输或工业生产过程中产生的气溶胶含量，可以让植物捕获并储存更多的碳。He说：“改善空气质量不仅有利于人们的健康，而且对生态系统的生产力也非常有利。”相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2306507120...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1399227.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1399227.htm