本周发表的一系列令人印象深刻的证据揭示了一个困扰植物科学家30多年的谜团的答案：分子suberin在一些最高产作物叶片中的作用。这一发现可能是培育更好作物和确保未来粮食安全的关键。

甘蔗、高粱和玉米等高产作物属于利用更有效的C4光合途径转化水分的植物类型，阳光和二氧化碳（CO2）转化为糖。

科学家早就知道，使C4光合作用更有效的关键因素之一是它们有能力将CO2封闭在叶组织的气密室中，使低效的光合酶Rubisco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，是什么使这个隔室气密，使CO2无法逃逸？”来自澳大利亚国立大学（ANU）的ARC转化光合作用卓越中心（CoETp）的主要作者Florence Danila博士说：“我们的研究提供了一些证据，证明了suberin在使C4植物的叶细胞气密性方面的作用。Suberin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株，我们已经看到了这种突变对其生长和光合作用能力的有害影响，”Danila博士说，他是牛津大学领导的国际C4水稻项目的一部分，在澳大利亚国立大学工作。

这一发现是多年工作的结果，归因于一点偶然的发现和现代技术的提升，包括更快更便宜的基因组作图，高通量表型分析，电子显微镜和气体交换测量。之前，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，有和没有子叶的植物之间的解剖差异。CoETp副主任Susanne von Caemmerer教授说：“这项发现的关键是我们发现了一个绿谷子（狗尾草）的突变群体，它没有产生苏伯林的基因。”，这项研究的合著者之一。

这个难以捉摸的突变体群体是在国际水稻研究所（IRRI）通过在低co2条件下筛选数百株植物，然后选择那些表现不好的植物而产生的。

“使用高通量筛选，我们只鉴定了三个光合能力受损的突变体。我们把这些种子送到堪培拉的ANU，它们生长并用电子显微镜和气体交换技术进行分析。令我们惊讶的是，这些突变体中有一个缺少suberin，负责IRRI筛选过程的Rob Coe博士说。

中心主任兼论文合著者Bob Furbank说：“这是一个非常令人兴奋的发现，是C4光合作用谜题的最后一个机械部分，就像Hal Hatch，C4路径的发现者不久前就注意到了。“它表明，科学发现可能需要很长时间才能得到解决，而像这样的尤里卡时刻的配方是由几个专家协同工作，结合现代技术，再加上一些偶然发现。看来这次所有的星星都是为我们排列的，但这确实是个难题，“他说。

丹尼拉博士说，研究小组的下一步工作包括将他们的发现和新开发的方法应用到C4水稻项目中，该项目旨在将水稻（一种C3光合作用作物）转化为更有生产力的C4路径。

”我们还将关注另一个尚未解开的谜团：一组使用C4的禾草的案例这项研究得到了ARC转化光合作用卓越中心的资助，该中心旨在改善光合作用过程，以增加主要粮食作物如高粱的产量，小麦和水稻。

这项研究是C4水稻项目联合体的一部分，该联合体由中央研究院、澳大利亚国立大学、马克斯·普朗克分子植物生理学研究所、莱布尼茨生物化学研究所、剑桥大学、牛津大学和华盛顿州立大学组成，并由政府资助比尔和梅琳达盖茨基金会向牛津大学捐赠

Journal Reference:

Florence R. Danila, Vivek Thakur, Jolly Chatterjee, Soumi Bala, Robert A. Coe, Kelvin Acebron, Robert T. Furbank, Susanne von Caemmerer, William paul Quick. Bundle sheath suberisation is required for C4 photosynthesis in a Setaria viridis mutant. Communications Biology, 2021; 4 (1) DOI: 10.1038/s42003-021-01772-4

ARC Centre of Excellence for Translational photosynthesis. "Detective work inside plant cells finds a key piece of the C4 photosynthesis puzzle." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 March 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210302094108.htm>.

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