提高作物中Rubisco（二磷酸核酮糖羧化酶）的效率是提高光合作用效率的圣杯。尽管需要大量且迫切的努力，但随着新的基因组工具的出现，研究者们可能会取得更多进展。然而，这些工具仍处于探索阶段，这意味着我们最多还需要几十年才能在作物中实现这些目标。近日，New Phytologist杂志在线发表了来自Salesse-Smith 等人题为“Increasing Rubisco as a simple means to enhance photosynthesis and productivity now without lowering nitrogen use efficiency”的综述论文，在这篇 Tansley review中介绍了一种被忽视的、也许更及时的方法是通过转基因、基因编辑或育种来增加植物中 Rubisco 的含量。作者希望通过强调这一有助于满足未来粮食安全需求的短期方法，能够引起广泛的关注和兴趣。
到本世纪中叶，全球粮食需求可能会增加 60%。如何在气候不断变化的情况下利用更少的土地来满足这一需求是核心挑战。大多数作物的碳同化是通过Rubisco进行的，它催化速度慢，与氧气反应，并且是叶片氮的一个主要组成部分。开发更高效的 Rubisco 形式，或在 C3 作物中设计二氧化碳浓缩机制，以竞争性地抑制氧化反应，都是可大幅提高光合生产力（≥60%）的重要工作。![]()
Average yields of wheat and sorghum over the last 60 yr
新技术正在拉近这一距离，但改进工作仍处于探索阶段，尚未付诸实践。提高叶片中 Rubisco 的含量是一个更简单的短期战略，它可以填补这一时间空白，但光合生产力的提高幅度较小。初步的田间试验已经证明了这一点，提高了 C3 和 C4 作物的光合生产力。结合三维叶冠和代谢模型推断，Rubisco 增加 20% 会使甘蔗（C4）和大豆（C3）的冠层光合作用分别提高 14% 和 9%。这与观测到的水稻、玉米、高粱和甘蔗光合生产力的提高相一致。据计算，每单位产量上调 Rubisco不需要更多的氮，虽然迄今为止是通过转基因实现的，但也可能通过基因编辑获得无转基因的功能获得性突变来实现。![]()
Effect of a 20% increase in Rubisco on A to Ci response curves in soybean (C3) and sorghum (C4).
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Enhancement of canopy CO2 assimilation rates in sugarcane from a 20% increase in Rubisco.
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Enhancement of canopy CO2 assimilation rates in soybean from a 20% increase in Rubisco.
Salesse-Smith、Wang 和 Long 博士都热衷于优化作物光合作用，以改善全球粮食和能源安全。作为先进生物能源和生物产品创新中心（CABBI）的一部分，他们正在努力实现这一目标。该中心是一个跨学科项目，成员遍布美国各地。三位作者曾在伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校共事，不过Wang博士最近已成为南京大学的助理教授。他们共同利用自己在合成生物学、计算建模和植物生理学方面的专业知识，加深我们对光合作用的理解，并对新想法进行实际测试。他们希望他们的综述文章专注于通过增加Rubisco含量来改良作物，从而启发令人兴奋的新研究和农业应用。为了不让您最关心的内容被湮没
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