澎湃新聞記者 吳躍偉
2017-09-18 15:16 來源：澎湃新聞
9月18日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）從中國科學院上海植物生理生態研究所獲悉，該所與美國伊利諾伊大學等機構合作的RIPE（研究增進光合作用效率方法的計劃 Realizing Increased Photosynthetic Efficiency）項目獲得比爾-梅琳達蓋茨基金會（BMGF）等機構的4500萬美元資助。
RIPE項目主要目標是通過工程改良提高主要農作物光合作用光能利用效率，進而提高作物產量潛力。該項目由美國伊利諾伊大學牽頭，其項目成員單位包括：美國農業部光合作用研究單位、英國艾斯克斯大學、英國蘭卡斯特大學、澳大利亞國立大學、中國科學院上海植物生理生態研究所、澳大利亞聯邦科工委、美國加州伯克利大學和美國路易斯安那大學。
2016年，《科學》雜誌發表了一份RIPE項目研究團隊的工作進展，表明該途徑可以有效提高20%作物產量，這與傳統育種中每年僅有1-2%的產量增加相比是一個巨大進步。不過，要有效運用到改良的作物中一般需要15年左右的時間。
2017年9月15日，比爾-梅琳達蓋茨基金會（BMGF）、美國食品農業研究基金會（FFAR）、英國國際發展司（DFID）在美國伊利諾伊大學共同發表聲明，將投資4500萬美元資助RIPE，以支持RIPE研究團隊繼續開展工程改造光合作用、提高作物產量的研究。
RIPE項目主任、伊利諾伊大學哥特威爾講習教授Steve Long說，「目前，重要糧食作物的產量提高速度很慢，我們亟需發展全新方法，大幅度提高作物產量，以保證在未來為持續增長的、城市化程度日益增加的全球人口提供足夠的糧食」。
「儘管沒有任何一種方法可以解決所有問題，我們在工程改造光合作用領域的成功是令人振奮的」。RIPE項目副主任、美國農業部光合作用研究單位的首席科學家、伊利諾伊大學教授Don Ort說，「RIPE項目已經證實光合作用效率可以被提高，進而有效幫助消除當前糧食增長與未來糧食需求之間的差距」。
RIPE項目採取的主要策略是利用系統模型指導下，定點改良光合作用效率進而提高作物產量潛力。
「該策略的核心是通過有效利用全球過去半個世紀以來的光合作用研究成果，建立光合作用系統模型，進而利用模型對可能提高光合效率的成千上萬的潛在途徑進行系統評估，從而篩選出最能有效提高光能利用效率的途徑，並通過生物工程的手段進行作物光合作用改良。利用這個途徑有望促成未來農業的全面革新，為解決未來糧食問題提供全新方案。」中科院上海植物生理生態研究所朱新廣研究員說。
在RIPE項目中，朱新廣研究員所帶領的研究團隊將與RIPE項目研究組通力合作，建立涵蓋從細胞代謝、葉片直到冠層直到生態系統水平的光合作用模型，並用於發現改良光合效率的新途徑，從而為光合作用工程改造持續增加新動力。
利用這種模型指導下的工程改造策略，RIPE研究人員已經鑑定出多條可提高光能利用效率的新途徑。在RIPE第一期項目中蓋茨基金會投資了2500萬美元，為期五年，其中多條改良光合作用的途徑已經通過工程改造的方法得到系統驗證。尤其是去年，《科學》雜誌發表了一份RIPE 項目研究團隊的工作進展，表明該途徑可以有效提高20%作物產量，這與傳統育種中每年僅有1-2%的產量增加相比是一個巨大進步。
RIPE項目中的另外兩個工程改造途徑目前在溫室及初步大田實驗中也對產量產生巨大提高作用。「從發現基因到這些基因被有效運用到改良的作物中一般需要15年左右的時間，因此基於我們現在發現的這些能夠提高光合作用效率的超級作物出現在農田中可能也要到2030年了」。Steve Long教授說。將這些已發現的提高光合效率的途徑有效用於作物改良是當前RIPE的核心研究內容。
中國科學院上海植物生理生態研究所研究員朱新廣博士是本次RIPE項目的負責人之一（Co-PI）。該研究所在光合作用研究方面具有較長歷史，曾在光合作用多個研究領域做出過傑出貢獻，其中包括光合磷酸化機理研究、光抑制機理、環式電子傳遞機理、光合作用對環境變化的響應等。
近年來，植生生態所將繼續在原有研究基礎上，通過進一步大力支持光合系統生物學研究、基因組編輯及合成生物學工具包發展、大規模大田作物生長評估及測試平臺構建等，為我國大規模開展光合作用系統及合成生物學研究提供堅實的團隊、技術及平臺基礎。
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關鍵詞 >> 光合作用 超級作物