科學家揭示植物光合作用光適應新機制

近日，中國科學院植物研究所研究員遲偉團隊綜合運用遺傳學、生物化學以及植物生理學等多種技術手段，揭示了一種植物光適應的新機制。相關研究成果發表于《植物生理學》。

光照是光合作用最重要的環境因子之一。在自然界植物接受的光照強度時刻發生變化，過低或者過高的光強都會影響植物光合作用效率。因此，植物形成了獨特的生理機制來適應外界光強的動態變化，以最大程度地維持高效光合作用。光適應機制的相關研究對提高大田作物光合作用效率尤為重要，但其相關分子機理尚未被揭示。

科研人員以葉綠素熒光參數為指標，篩選到一個對高光敏感的擬南芥突變體nadk2。遺傳分析表明，該基因編碼一個定位于葉綠體的NAD磷酸激酶，負責催化NAD生成 NADP+。

研究人員發現，該突變體由正常的光強轉移到高光條件時，光系統II（PSII）的最大光化學效率以及光合電子傳遞速率會顯著下降，表現出典型的光抑制現象。進一步的波譜學研究表明該突變體的光抑制性是由光系統I（PSI）功能受損引起的，PSI復合物的兩個亞基psaA和psaB的合成效率在該突變體中顯著降低。

由于光合作用電子傳遞的最終產物就是還原力NADPH，以用于碳同化過程。NADK2能夠影響PSI電子受體側NADP庫的大小，從而間接影響植物體內PSI復合物的生成。因此該研究在光適應、還原力NADPH以及PSI合成之間建立了一種新的關聯機制。當植物生長環境的光強發生變化時，葉綠體NADP庫的大小會隨光強發生改變。此外，葉綠體會根據NADP庫的大小，利用一種特殊的反饋機制，自動調整psaA和psaB蛋白的合成速率，從而迅速調節PSI的含量和活性，避免PSI發生光抑制現象。

該研究對深入認識植物光合作用的光保護機制以及光反應和碳同化協同機制提供了新的線索，也為作物光適應能力的遺傳改造提供了一定的理論基礎。