植物光合作用产生的碳水化合物维持地球上的生命和生态系统。淀粉是植物叶绿体中最丰富的碳水化合物，是光合作用碳同化的产物，是重要的储存物质。磷酸葡萄糖异构酶(PGI)催化葡萄糖6-磷酸(G6P)和果糖6-磷酸(F6P)之间的相互转化，在质体与细胞质中存在同工酶。质体PGI(PGIp)参与光合作用的淀粉合成，胞质PGI(PGIc)参与蔗糖合成和糖酵解过程。鉴于PGIs在植物生化和谷物作物种植中的重要性，对其结构和功能进行深入研究尤为必要。
　　中国科学院大学博士生导师、中国科学院遗传与发育生物学研究所刘翠敏研究员团队发现将稳定更强、活性更高的细胞质形式的PGI（PGIc）工程化转进叶绿体后，提高了植物的光合作用和生物产量。该研究论文的发表再一次提示人们：合成生物学是继绿色革命之后，提高农作产量、改善农作物特性的破冰利器之一。刘翠敏团队通过对小麦中两种亚细胞定位的PGIs（PGIc 和 PGIp）蛋白的三维结构的解析，揭示了PGIc相对于PGIp活性更高、稳定性更强的结构基础。进一步该团队将PGIc转入进拟南芥pgip突变体中，转基因植株均能在幼苗阶段回补其表型。PGIc转基因植株的光合作用率提高，淀粉积累增多，二氧化碳吸收增加，植物生物量、产量大幅增加。该研究为使用基因工程控制叶绿体中的淀粉代谢途径，改善植物生物量提供了新的途径。
　　相关研究成果结果于2021年3月28日在线发表于New Phytologist杂志（DOI:10.1111/nph.17368）。刘翠敏研究组工作人员高飞博士、国科大博士生张慧君（培养单位：遗传发育所；导师：刘翠敏研究员）为本文的共同第一作者；刘翠敏研究员为本文通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导专项A，国家自然科学基金的资助。

高性能的PGI可提高植物淀粉积累、生物量和产量


责任编辑：张婧睿