LI-6800应用案例 | 【Nature Plants】 叶绿体中Mg的昼夜波动调控水稻的光合作用

原文以 Diel magnesium fluctuations in chloroplasts contribute to photosynthesis in rice为标题发表在 Nature Plants上。

作者 | 福建农林大学陈志长课题组/日本冈山大学马建锋课题组/中科院分子植物科学ZY创新ZX朱新广
       翻译 | 子毅

植物光合作用为人类社会提供了所需的食物、纤维和燃料。深入了解该过程背后的调控机制，是提高光合效率的关键。

植物光合作用存在昼夜节律，这与环境光强的明暗变化密切相关。在内因方面，基因表达、关键酶翻译后修饰（Post-translational modification, PTM）会起到重要作用。

在本项研究中，研究者们发现了水稻叶绿体中Mg存在昼夜波动现象。这一现象是水稻CO₂同化的“节律调控器”。

位于绿素体内的Mg²⁺离子转运蛋白基因—OsMGT3，会有节律的在叶肉细胞中表达，这在一定程度上调控了Mg的波动。

敲除OsMGT3后，会减少Mg²⁺离子吸收，减弱叶绿体中自由态Mg²⁺离子的波动幅度。同时，原位核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)的活性也会下降，ZZ会导致光合碳同化速率降低。特定叶肉细胞OsMGT3的过表达会显著促进水稻的光合效率。

以上这些现象说明，在叶绿体中，依赖于OsMGT3转运基因的Mg昼夜波动，会通过影响酶活性来调控植物的光合作用。增加Mg²⁺离子输入或许是提升植物光合效率的潜在方法。

使用LI-6800高级光合-荧光测量系统测量水稻光合作用

LI-6800高级光合-荧光测量系统在本研究中的作用

使用LI-6800测量叶片蒸腾速率E、气孔导度gsw、ZD羧化速率Vc,max和叶绿素荧光参数。控制叶温30℃，相对湿度60%。

在测量净同化速率A、蒸腾速率E和气孔导度gsw时，叶室CO₂浓度设置为400μmol/mol，光强设置为1000μmol/m²/s。

二氧化碳响应曲线测量：光强设置为2000μmol/m²/s，初始CO₂浓度设置为400，接着将其设置为300、200、100、50、0、400、400、600、800、1000、1200（以上CO₂浓度单位都是μmol/mol）。充分暗适应后，使用LI-6800测量PSll潜在ZD光化学量子效率Fv/Fm。