翻译光合作用卓越中心 左边的图像显示了野生型叶的内部解剖，右边的图像显示了缺乏木栓蛋白的突变叶的内部解剖
顶部图像用电子显微镜拍摄，底部图像用激光扫描共聚焦显微镜拍摄
信用:佛罗伦萨丹妮拉，CoETP 本周公布的一组令人印象深刻的证据揭示了困扰植物科学家30多年的一个谜的答案:木栓蛋白分子在一些最高产作物的叶子中的作用
这一发现可能是设计更好的作物和确保未来粮食安全的关键
高产作物如甘蔗、高粱和玉米属于利用更有效的C4光合途径将水、阳光和二氧化碳(CO2)转化为糖的植物类型
科学家们早就知道，使C4光合作用更有效的一个关键因素是，他们有能力将CO2封闭在叶组织的气密隔间内，使低效的光合酶鲁比斯科更容易固定碳
“到目前为止，我们还无法回答的一个大问题是，是什么让这个隔间变得气密，以至于二氧化碳无法逸出？”首席作者Dr
佛罗伦萨·丹妮拉，来自澳大利亚国立大学(ANU)转化光合作用卓越中心
“我们的研究提供了几个证据，证明了木栓素在使C4植物的叶细胞气密方面的作用
苏贝林形成一层，将CO2气体保存在一层称为束鞘的细胞内
我们已经培育出了不发育这一层的突变植物，我们已经看到了这种突变对它们的生长和光合作用能力的有害影响
丹妮拉在ANU工作，是牛津大学领导的国际C4水稻项目的一部分
这一发现是多年工作的结果，是一点意外的发现，也是对现代技术的接触，这些技术直到最近才出现，包括更快、更便宜的基因组作图、高通量表型、电子显微镜和气体交换测量
“我们很久以前就知道木栓素存在于C4植物叶子的束鞘细胞中
然而，我们没有实验证据证明它对C4光合作用的重要作用
现在，我们第一次能够在显微镜下清楚地看到有和没有木栓素的植物之间的解剖差异
这项发现的关键因素是，我们发现了一个绿色小米(狗尾草)的突变群体，它没有产生木栓蛋白的基因，”CoETP的副主任苏珊·冯·卡默勒教授说，她是这项研究的合著者之一
国际水稻研究所(IRRI)通过在低CO2条件下筛选数百种植物，然后选择表现不佳的植物，产生了这种难以捉摸的突变群体
“通过高通量筛选，我们仅鉴定出三个光合能力受损的突变体
我们把种子送到坎培拉的ANU，他们用电子显微镜和气体交换技术培育和分析种子
令我们惊讶的是，这些突变体中有一个缺乏苏贝林，博士说
罗布·科在IRRI负责筛选过程
该论文的中心主任和合著者鲍勃·弗班克说，“这是一个非常令人兴奋的发现，正如C4路径的发现者哈尔·哈奇不久前指出的那样，这是C4光合作用之谜的最后一个机械论部分
" “这表明科学发现可能需要很长时间才能解决，而像这样灵光一现的时刻的秘诀是几个专家结合现代技术的合作，加上一点意外的发现
他说:“对我们来说，这次似乎所有的星星都排成一行了，但这的确是一个难题。”
医生
丹妮拉说，该团队的下一步包括将他们的发现和新开发的方法应用到像C4水稻项目这样的项目中，该项目旨在将水稻(一种C3光合作用作物)转化为更高产的C4途径
“我们还将关注另一个未解之谜:一组利用C4光合作用但不含木栓素的草的案例，”她说
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