原文以 Diel magnesium fluctuations in chloroplasts contribute to photosynthesis in rice
為標題發(fā)表在 Nature Plants上。
作者 | 福建農(nóng)林大學陳志長課題組/日本岡山大學馬建鋒課題組/中科院分子植物科學卓-越創(chuàng)新中心朱新廣
翻譯 | 子毅

植物光合作用為人類社會提供了所需的食物、纖維和燃料。深入了解該過程背后的調(diào)控機制，是提高光合效率的關(guān)鍵。

植物光合作用存在晝夜節(jié)律，這與環(huán)境光強的明暗變化密切相關(guān)。在內(nèi)因方面，基因表達、關(guān)鍵酶翻譯后修飾（Post-translational modification, PTM）會起到重要作用。

在本項研究中，研究者們發(fā)現(xiàn)了水稻葉綠體中Mg存在晝夜波動現(xiàn)象。這一現(xiàn)象是水稻CO₂同化的“節(jié)律調(diào)控器”。

位于綠素體內(nèi)的Mg2+離子轉(zhuǎn)運蛋白基因—OsMGT3，會有節(jié)律的在葉肉細胞中表達，這在一定程度上調(diào)控了Mg的波動。

敲除OsMGT3后，會減少Mg2+離子吸收，減弱葉綠體中自由態(tài)Mg2+離子的波動幅度。同時，原位核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)的活性也會下降，最終會導(dǎo)致光合碳同化速率降低。特定葉肉細胞OsMGT3的過表達會顯著促進水稻的光合效率。

以上這些現(xiàn)象說明，在葉綠體中，依賴于OsMGT3轉(zhuǎn)運基因的Mg晝夜波動，會通過影響酶活性來調(diào)控植物的光合作用。增加Mg2+離子輸入或許是提升植物光合效率的潛在方法。

使用LI-6800高級光合-熒光測量系統(tǒng)測量水稻光合作用

LI-6800高級光合-熒光測量系統(tǒng)在本研究中的作用

使用LI-6800測量葉片蒸騰速率E、氣孔導(dǎo)度gsw、最大羧化速率Vc,max和葉綠素熒光參數(shù)。控制葉溫30℃，相對濕度60%。

在測量凈同化速率A、蒸騰速率E和氣孔導(dǎo)度gsw時，葉室CO₂濃度設(shè)置為400μmol/mol，光強設(shè)置為1000μmol/m²/s。

二氧化碳響應(yīng)曲線測量：光強設(shè)置為2000μmol/m²/s，初始CO₂濃度設(shè)置為400，接著將其設(shè)置為300、200、100、50、0、400、400、600、800、1000、1200（以上CO₂濃度單位都是μmol/mol）。充分暗適應(yīng)后，使用LI-6800測量PSll潛在最大光化學量子效率Fv/Fm。