科学家发现植物“小绝招”，有望大幅提升农作物产量

本研究由美国博伊斯·汤普森研究所（BTI）、康奈尔大学和英国爱丁堡大学的科学家联合开展，聚焦于光合作用中一个长期存在的瓶颈——Rubisco酶。Rubisco是地球上最重要的酶之一，它负责把空气中的二氧化碳‘抓’进植物体内，形成我们食物中几乎全部的碳来源。但它有两个严重缺点：一是反应速度慢；二是容易‘认错对象’——把氧气误当成二氧化碳来结合，白白消耗能量，拖慢植物生长。为克服这一缺陷，部分藻类进化出‘碳酸浓缩机制’：将Rubisco包裹在细胞内的微小结构‘丙酮酸体’（pyrenoid）中，人为提高局部二氧化碳浓度，让酶更专注、更高效地工作。几十年来，科学家一直想把这套系统‘移植’到水稻、小麦等粮食作物中，但因藻类机制过于复杂而屡屡失败。转机出现在对角苔（hornwort）的研究中——这是目前已知唯一拥有类似丙酮酸体结构的陆生植物，且与农作物亲缘关系比藻类更近。出人意料的是，角苔并非借用外来蛋白来组装Rubisco，而是直接‘改造’了Rubisco自身：其小亚基（RbcS）多出一段特殊序列，被命名为STAR区域。这段像‘分子魔术贴’一样的尾巴，能促使多个Rubisco分子自发粘连、聚集成团。研究人员先将含STAR的基因导入另一种不具该能力的角苔近缘种，结果原本均匀分散的Rubisco立刻聚集成类似丙酮酸体的致密结构；接着在模式植物拟南芥中重复实验，同样观察到Rubisco在叶绿体内高效聚集；甚至仅把STAR尾巴‘嫁接’到拟南芥自身的Rubisco上，也成功触发了聚集效应——证明STAR是一个即插即用、跨物种通用的‘模块化工具’。这一发现意义重大：它绕开了以往复杂的系统移植难题，只需添加一个简单‘标签’，就可能在主粮作物中启动高效光合作用。不过，研究者也强调，光有Rubisco‘聚居区’还不够，还需同步解决‘二氧化碳如何精准送达’的问题——就像盖好了房子，还得升级通风空调（HVAC）系统。目前团队正着力攻克这一配套环节。长远看，哪怕光合效率小幅提升，也能显著增加粮食产量、降低农业碳足迹，助力全球可持续食物生产。正如主要作者李飞威教授所言：‘大自然早已替我们做过实验，我们的任务是读懂它的答案，并把它用在最需要的地方——养活世界的农田里。’