近日，巴基斯坦國家生物技術和基因工程研究所Shahid Mansoor教授在國際知名期刊《Trend in Plant Science》上發(fā)表了題為“Alternative Routes to Improving Photosynthesis in Field Crops”的綜述，文章主要闡述了非生物脅迫對大田作物光合能力的影響，并提供了兩種在非生物脅迫下提高作物的光合效率的策略。

面對世界范圍內人口增長過快、氣候變化、耕地面積減少等日益嚴重的問題，如何提高作物單位面積產量成為解決世界糧食安全的關鍵。而非生物逆境嚴重影響了作物的光合作用，從而限制了作物單位面積產量的提高。其中，高溫脅迫對作物產量影響最大，據預測，全球平均氣溫每升高1℃，玉米、小麥、水稻和大豆這4種主要大田作物的平均產量將分別下降7.4%、6.4%、3.2%和3.1%。

植物在脅迫條件下固定CO2的能力受損，而吸收光線的能力沒有下降，過量吸收的能量會導致活性氧的產生，使得光系統(tǒng)II（PSII）受損傷，從而產生光抑制。目前研究普遍認為D1蛋白是PSII反應中心的核心蛋白之一，對光損傷高度敏感。植物自身存在的修復機制可以對受損的D1進行修復，但是修復過程需要部分拆卸PSII復合物，去除和切割受損的D1，插入新合成的D1，進而重組成為有功能的PSII。該過程需要合成大量的D1蛋白，D1蛋白合成需要首先在核內由強啟動子PpsbA驅動psbA轉錄合成Pre-D1，隨后進入葉綠體，原位合成大量的D1蛋白。有實驗證明，在擬南芥中超表達psbA基因可以有效提高脅迫狀態(tài)下的光合效率，并且正常狀態(tài)下轉基因植株也表現(xiàn)出更高的CO2同化率。

RuBisCo是光合系統(tǒng)中另外一個高度敏感的組分，是C3反應中重要的羧化酶。RuBisCo的羧化效率隨著溫度的升高而降低，這主要受RuBisCo激活酶（RCA）的影響。盡管RuBisCo可以在高溫時仍保持穩(wěn)定，但RCA活性隨著溫度超過植物生長所需的物種特定溫度的最適值而下降。在擬南芥中表達耐熱型RCA能顯著提高光合效率、生物量和籽粒產量，通過CRISPR技術對RAC蛋白進行定點改造，有望改善作物耐熱性。