人民日報關注：李家洋院士團隊給葉綠體披件“防曬衣”

在北京試驗田里，MBS1超表達稻花香（中間列）相比普通稻花香品種增產達到20%—30%。受訪者供圖

炎夏正午，烈日當空。此時的農田里，多數作物反而“歇了工”：光照明明最充足，光合作用速率卻不升反降，白白損失掉大量本可積累的產量。這種自1910年被首次記錄的“光合午休”現象，致使全球主要農作物平均減產約30%。

光照驅動生命繁衍，過量光能卻化身破壞者。此后一百多年，植物生理學家反復追問同一個問題：作物為什么會在陽光最強的時候“打瞌睡”？有沒有辦法讓它醒過來？

日前，國際學術期刊《細胞》在線發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所、崖州灣國家實驗室李家洋院士團隊的最新成果。研究首次揭示了一種蛋白質在強光下能主動包裹葉綠體表面、遮擋部分光線的全新機制，并通過連續四年的水稻大田試驗證實，強化這一機制可使水稻增產。

作物為何“午休”

要理解作物為何“午休”，先要看清葉綠體里發生了什么。

葉綠體是植物進行光合作用的核心場所，葉綠素在此捕獲光能，驅動二氧化碳和水合成有機物。一旦光照過強，葉綠素吸收的能量超過光合系統的處理能力，多余能量就會催生出一種極其活躍的分子——單線態氧。

單線態氧半衰期只有微秒級，活性卻極高。一旦過量，便會氧化、攻擊光合作用系統，直接造成光合損傷，還能擴散穿透葉綠體膜，向細胞傳遞脅迫信號。

大田環境中，正午的強光往往與高溫、干旱疊加，單線態氧的破壞力被進一步放大。葉綠體結構受損，光合效率被迫下降，作物的“午休”由此而來。

植物并非毫無還手之力。經過數億年演化，它們發展出熱耗散、抗氧化清除、光系統修復等多條防護通路。但這些機制大多是“亡羊補牢”，等到損傷已經發生才啟動響應，反應慢，也費能量，面對田間瞬息萬變的光照條件常常力不從心。

有沒有更主動、更高效的保護方式？

線索藏在一個只有約110個氨基酸的超小蛋白MBS1（亞甲基藍敏感蛋白1）里。論文共同第一作者兼共同通訊作者邵寧早年在德國求學，2001年赴弗萊堡大學攻讀分子遺傳學，博士后階段在馬普分子植物生理研究所一頭扎進萊茵衣藻的活性氧信號研究。她從藻類中辨認出MBS1，注意到它可能是單線態氧信號通路上的關鍵角色。

2016年，邵寧加入中國科學院遺傳與發育生物學研究所李家洋實驗室，此后十年，他們圍繞MBS1展開持續研究。

強光來了，穿上“防曬衣”

光是把MBS1的結構看清楚，就耗去3年。傳統的X射線晶體學對此束手無策，中國科學院生物物理研究所周政團隊改用核磁共振，在溶液里一點點“描”出了它的模樣，最終存入國際蛋白質數據庫。

更關鍵的發現是，MBS1是一個高度專一的單線態氧“探測器”。正常光照下，它分散在細胞質中，安安靜靜。強光一來，單線態氧水平升高，原本散落的MBS1迅速“抱團”：先聚成流動的小液滴，再隨著單線態氧累積，凝結成質地更黏稠的凝聚體，一層層裹到葉綠體外膜上。

凝聚體能顯著散射光線，減少強光進入葉綠體。換句話說，MBS1凝聚體是一件天然的“防曬衣”。它把多余光線散射削弱，從源頭掐斷單線態氧的過量生成，將保護動作提前到了損傷發生之前。

更精妙的是，這套機制可逆。強光當頭，它迅速成形；日頭西斜、光照轉弱，凝聚體又自行散去，把蛋白和能量還給細胞。

“MBS1凝聚體是一套主動防御系統，強光來了自動披掛，光照緩和自動卸甲。”李家洋說，“這種以極低能耗實現高效防護的調控模式，此前從未在植物中被發現。”

跨越四千公里的田間大考

“基礎研究不是拍拍腦袋就能做出來的，路線不對，二十年也白搭。”李家洋說。論文署名25位作者，涉及中國科學院遺傳發育所、中國科學院生物物理所、崖州灣國家實驗室、北京大學、清華大學等14家單位，這正是現代農業生命科學“跨學科、多組學交叉”的縮影。

實驗室里看清的機理，最終要回到泥土里檢驗。從2021年到2024年，團隊帶著超表達OsMBS（MBS1的水稻同源基因）的優質稻品種“稻花香”，連續四個生長季在南北跨越四千公里的海南、北京、吉林、黑龍江四地鋪開大田試驗。

結果令人振奮。東北光熱溫和，增產10%至15%；北京居中，增產20%至30%；海南日照最烈、暑熱最盛，增產幅度最高達到47%。改良后的水稻扛得住正午強光，葉綠體里的單線態氧明顯減少，強光過后光系統的恢復也更快；稻米的營養品質并未打折，還提前約10天開花成熟。

“光越強、增產越明顯，MBS1保護的正是那些在強光下被白白損失掉的光合產能。我們守住了午間的光合作用，增加的是凈產量。”邵寧說。

“現在回看，十年的跋涉是值得的。我們揭開了百年的作物‘午睡’之謎，也為未來的綠色增產提供了一個全新靶點。”李家洋表示，這恰恰是未來“育種5.0”時代智能作物的核心特征——擁有對環境動態響應的“智能開關”，完美解決了過去“高產不抗逆、抗逆不高產”的矛盾。

從一個只有約110個氨基酸的微型蛋白出發，穿越十年的潛心攻關，最終抵達大田里的金色稻浪。這顆來自基礎研究的種子，正在走向它更廣闊的田野。

（記者 孫海天）