美国密歇根州立大学的研究人员发现了一个调控植物光合作用的新“开关”，这项发表在新一期美国《国家科学院学报》上的成果，将有助于提高作物和生物燃料的产量。
植物通过光合作用来储存太阳能，这些能量以两种方式被储存，用于植物的新陈代谢。植物吸收的能量必须与新陈代谢所消耗的能量均衡，否则植物将开始产生毒素，如果种植者不及时处理这种情况，植物就会死亡。
密歇根州立大学光合作用和生物能学特聘教授大卫·克莱默领导的团队，重点研究了当光合作用生成的能量输出与植物消耗的能量达不到均衡时发生的问题。据物理学家组织网15日报道，他们研究发现，植物产生的毒素中有一种叫过氧化氢的物质，是激活一条光合路径的信号，这一路径被称为循环电子流(CEF)。
克莱默说，确认这个“开关”的功能有助于提高植物产量、增强植物对环境的适应力，从而缓解在气候变化条件下全球对于食品和燃料的需求压力。“未来30年，我们需要显著提高粮食产量，以满足不断增长的全球人口以及可能影响作物产量环境变化的需求。”
研究论文合著者、密歇根州立大学博士后研究员德塞拉·斯特兰德说，虽然科学家对CEF进行了广泛研究，但仍然对这个植物中的电子传递路线知之甚少。为了满足植物细胞不断波动的需求，类似CEF这样的光合路径必须能够迅速连通和断开。
斯特兰德表示，为满足全球对食品和燃料的需求而对植物和藻类的新陈代谢进行修改，就必须了解光合作用的过程，以及根据需要如何进行调整。“简单地增加植物吸收的太阳能而不保持它与新陈代谢的均衡，可能会适得其反，甚至导致细胞死亡。”她说，“必须精细调节这一能量并确保均衡。”
“要提高植物的产量并不容易，部分原因在于光合作用涉及到生物学中一些最具活性的化学物质，是一个极不稳定的过程。”克莱默说，“我们知道CEF是光合作用中的一个重要过程，尤其是在植物处于干旱、寒冷或者炎热等环境下，但我们不知道它是如何调控的。不过，现在我们已经掌握了触发光合作用的一个要件。”
原文链接：Activation of cyclic electron flow by hydrogen peroxide in vivo
原文摘要：Cyclic electron flow (CEF) around photosystem I is thought to balance the ATP/NADPH energy budget of photosynthesis, requiring that its rate be finely regulated. The mechanisms of this regulation are not well understood. We observed that mutants that exhibited constitutively high rates of CEF also showed elevated production of H2O2. We thus tested the hypothesis that CEF can be activated by H2O2 in vivo. CEF was strongly increased by H2O2 both by infiltration or in situ production by chloroplast-localized glycolate oxidase, implying that H2O2 can activate CEF either directly by redox modulation of key enzymes, or indirectly by affecting other photosynthetic processes. CEF appeared with a half time of about 20 min after exposure to H2O2, suggesting activation of previously expressed CEF-related machinery. H2O2-dependent CEF was not sensitive to antimycin A or loss of PGR5, indicating that increased CEF probably does not involve the PGR5-PGRL1 associated pathway. In contrast, the rise in CEF was not observed in a mutant deficient in the chloroplast NADPH:PQ reductase (NDH), supporting the involvement of this complex in CEF activated by H2O2. We propose that H2O2 is a missing link between environmental stress, metabolism, and redox regulation of CEF in higher plants
