碳四（C4）作物的单产往往显著高于碳三（C3）作物。如果让碳三作物表达碳四作物的相关 基因，能不能提高碳三作物的产量？
答案就在4月1日《通讯—生物学》在线发表的一篇论文中。 中国农业科学院作物科学研究所（以下简称作科所）耕作与生态创新团队发现，在碳三作物 水稻中表达碳四作物 玉米的GLK（GOLDEN2-LIKE）转录因子基因ZmGLK1和ZmG2，均可在大田条件下实现水稻产量大幅提高。
产量分析表明，表达玉米GLK基因的水稻植株较野生型穗长增加10%~26%，穗粒数增加20%~122%，产量可提升30%~40%，且其光合产物糖、淀粉和氨基酸等含量均较野生型有显著提高。
进一步实验表明，表达玉米GLK基因的水稻植株叶绿体类囊体膜光合蛋白复合体的积累显著增加，且二氧化碳同化速率、气孔导度都显著高于野生型。
同时，研究还发现，表达玉米GLK基因的水稻植株在光照最强的中午仍能维持较高的气孔导度和光合效率，而野生型植株中午光合效率显著下降。研究人员通过不同的光照处理实验证明，原因是其通过热耗散形式耗散过多光能并抵抗光氧化损伤，从而减轻光抑制程度，提高光化学效率。
周文彬说，研究结果证明，玉米GLK基因在水稻中的表达能够通过协同提高光合作用效率和光抑制耐受能力，实现在田间条件下作物产量潜力的增加，揭示了玉米GLK基因在提高作物光合作用效率及抵御光抑制方面的生理机制，为作物光合作用效率及产量的协同提升提供了理论依据和可行途径。同时，该研究表明，室内实验和大田研究之间有差异，体现了光合作用大田研究的重要性。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s42003-020-0887-3
