近日，水土保持与荒漠化整治全国重点实验室王仕稳研究员团队发现调控作物光适应性的新途径，相关研究以“Rice MGD1-Mediated Improvement of Photosynthesis and Crop Yield by Flexible Adaptation to Different Light Conditions”为题发表在Plant Biotechnology Journal杂志。殷俐娜副研究员、王仕稳研究员为该论文共同通讯作者，已毕业的李莎莎博士为该论文第一作者。
该工作系统的解析了单半乳糖甘油二酯合酶基因OsMGD1调控植物光适应性的分子机制。低光下，OsMGD1过表达可维持叶片中叶绿素含量及光捕获复合体水平，保持高效光合；高光下，过表达株系通过加速叶黄素循环脱环氧化，显著提升非光化学淬灭能力，缓解光抑制。该研究揭示了OsMGD1赋予作物“低光高效、高光耐逆”的弹性光合特征，为培育广适高产作物及增强作物光合固碳提供了可行策略与基因资源。
水稻（Oryza sativa L.）是全球约三分之一人口的口粮，其产量本质取决于光合效率。叶绿体类囊体膜的核心脂质——单半乳糖甘油二酯（MGDG）及其衍生的双半乳糖甘油二酯（DGDG）——直接维系PSII、PSI及Cytb6/f复合体的结构与功能。MGDG合酶（MGD）是这一膜脂通路的限速酶，其活性高低决定光合膜的可塑性与稳定性。自然光强瞬息万变，植物必须在中低光下保持最大光能捕获，又要在强光下及时启动叶黄素循环，以热耗散形式释放过剩激发能，防止光系统受损。该循环的关键酶紫黄质脱环氧化酶（VDE）及其底物/产物均富集于MGDG微区，MGDG含量直接影响VDE活性及热耗散速率。然而，能否通过基因工程精准调节MGDG水平，进而强化叶黄素循环、实现“低光高产-高光抗逆”的协同提升，迄今尚无实证。
OsMGD1介导不同光照条件下灵活适应模型
研究人员系统解析了水稻MGDG合酶基因OsMGD1在不同光强（低光LL、中光ML和高光HL）下的生物学功能，明确了OsMGD1过表达可显著提升叶片MGDG与DGDG含量，增强类囊体膜稳定性，减少脂质过氧化；同时提高PSII最大光化学效率（Fv/Fm）与电子传递速率，同步优化光能捕获与碳同化能力。低光下，过表达株系凭其更大的捕光截面与叶绿素含量维持高光合速率；高光下，则通过加速叶黄素循环脱环氧化，提高非光化学淬灭（NPQ），有效缓解光抑制。最终，过表达水稻在三种光强下均实现生物量与籽粒产量的协同增加，为培育广适高产作物、保障粮食安全提供了新思路。
相关研究依托西北农林科技大学水土保持与荒漠化整治全国重点实验室平台，得到了国家重点研发计划项目（2022YFD1901602）和西北农林科技大学青年英才培育计划等项目的资助。
编辑：王学锋
终审：刘玉峰
