近日，國際科研團隊在植物生物學領(lǐng)域取得重大突破，成功建立了碳四（C4）禾谷類研究的模式植物體系，為水稻、小麥、玉米等主要谷類作物的高效育種和產(chǎn)量提升提供了全新的研究平臺。

碳四光合作用是一種高效的光合途徑，相比常見的碳三（C3）途徑，其光合效率可提高30%-50%，尤其適應(yīng)高溫、強光和干旱環(huán)境。典型碳四作物如玉米、高粱等具有顯著的產(chǎn)量優(yōu)勢，而全球主要糧食作物中仍有大量碳三作物（如水稻、小麥）。如何將碳四光合特性導入碳三作物，長期以來是農(nóng)業(yè)科學界的重點攻關(guān)方向。

此次建立的碳四禾谷類模式植物體系，通過基因編輯與合成生物學技術(shù)，在短生育期、易操作的禾本科模式植物中重構(gòu)了完整的碳四光合通路。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了碳四光合關(guān)鍵酶的高效表達，還完成了葉片花環(huán)結(jié)構(gòu)的模擬構(gòu)建，使研究人員能夠在可控條件下系統(tǒng)解析碳四光合的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境適應(yīng)性機制。

這一突破性進展為谷類作物研究帶來三大核心價值：為碳四光合機制的解析提供了理想實驗平臺，克服了傳統(tǒng)作物研究周期長、遺傳操作復雜的局限；通過該體系篩選獲得的優(yōu)良基因模塊，可直接用于水稻、小麥等作物的碳四化改良；第三，為應(yīng)對全球氣候變化下的糧食安全挑戰(zhàn)提供了技術(shù)儲備，有助于培育抗旱、耐高溫的高產(chǎn)作物新品種。

研究人員表示，該模式植物體系將作為“遺傳設(shè)計藍圖”，加速碳三作物向碳四作物的轉(zhuǎn)化進程。下一步團隊將聚焦于碳四特性與產(chǎn)量性狀的協(xié)同優(yōu)化，并開展多環(huán)境條件下的田間驗證，推動實驗室成果向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化。業(yè)內(nèi)專家認為，這項研究標志著作物光合效率改良進入精準設(shè)計新階段，將為全球糧食安全提供重要科技支撐。