无需穗型：C4光合作用可提高作物产量

最近发表在《基因组生物学》杂志上的草二花寡糖的基因组和基因表达谱将有助于研究C3和C4光合作用的进化，希望能创造出适应不断变化的气候的节能和节水植物。

光合作用是一种复杂的途径，利用光能和水将二氧化碳形式的碳与氧的副产品结合成糖。植物、藻类和蓝藻依靠这一过程产生自己的能量来源，而我们从创造和维持地球的含氧量和食物的主要来源中获益。

光合作用有三种类型，由碳固定途径定义：C3、C4和CAM。

C4光合作用的植物在整个开花植物的历史中独立进化了45次。然而，只有约7600种植物，或所有已知植物物种的3%，使用这一途径。c4C4途径的进化涉及叶片解剖、基因表达、细胞生物学和生物化学的改变。

但是C4植物比C3植物有竞争优势：它们使用的水少了3倍，可以在干旱、高温和二氧化碳限制的条件下生长。

许多研究人员现在正致力于了解C3和C4植物之间的差异，试图设计出更节能和节水的重要作物。只有四种主要作物使用C4光合作用：玉米、甘蔗、高粱和小米。

然而，一些生物工程项目正在进行中，目的是提高粮食和生物燃料的生产率。为了了解C4代谢的进化和如何进行基因工程，我们需要从密切相关的C3和C4物种获得基因组和转录组信息。

C3和C4植物的比较主要集中在已知的C4作物和水稻、小麦等重要的C3作物上。但这两个群体的关系并不是很密切，它们在5000万年前就分化了。遥远的进化关系有时无法检测到与C4光合作用进化相关的基因组变化。

唐纳德·丹福思植物科学中心的安东尼·斯图德和他的同事最近发表在《基因组生物学》上的一项研究，通过展示二花草寡糖的基因组和转录组，有助于弥合这一鸿沟。这种穗状草在1500万年前从玉米、高粱和甘蔗中分化出来，在C4进化之前。也就是说，寡糖D.oligosanthes是一种C3穗型禾草，与重要的C4穗型禾草作物关系密切。

作者提出了寡糖D.oligosanthes基因组的草图，占估计总基因组的78%，但覆盖了98%的编码序列。然后他们研究了寡糖D.oligosanthes和一个密切相关的谷子品种在不同叶片发育阶段的基因表达谱，以及六种核心C4酶的表达模式。这给了我们对与C4通路进化相关的基因调控变化的深入了解。