常偉東

2014年我進入中國海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院物理海洋學(xué)專業(yè)攻讀碩士學(xué)位并獲得碩博連讀資格攻讀博士學(xué)位，在我國海洋學(xué)家吳立新院士的指導(dǎo)下從事海洋中小尺度能量傳遞過程系統(tǒng)研究。

將光合作用的油門加大我的研究課題是植物光合作用中重要蛋白的分子功能機制。植物光合作用大家都不陌生，它是植物利用太陽能將無機物轉(zhuǎn)化成有機物的生化反應(yīng)，通俗地講，就是植物將不能吃的東西（無機物）變成能吃的東西（有機物），供整個生物圈99.9%的生物吃飯。

既然地球上這么多植物進行這個工作，我們研究它有什么意義？

光合作用這一生物學(xué)反應(yīng)正是糧食和能源的源泉，如何讓能量有更多的產(chǎn)出，正是我們研究的目標。我們的工作就是修葺水源的源頭，讓更多的能量之水流向糧食和能源。

我們可以將光合作用這一反應(yīng)比作一個有多個機器的生產(chǎn)車間，每一臺機器生產(chǎn)一種或幾種物質(zhì)，然后交給下一臺機器，如此傳遞下去，最終生產(chǎn)出我們需要的產(chǎn)品。每一臺機器又有若干零件組成，這些零件來自于細胞核和葉綠體基因的指導(dǎo)合成，然后運送到生產(chǎn)車間，組裝成一臺臺機器進行生產(chǎn)活動。生產(chǎn)多少零件？組裝多少機器？機器生產(chǎn)多少中間產(chǎn)品再交給下一臺機器？這些問題由其他的調(diào)控因子和組裝因子完成（類似于生產(chǎn)車間的電腦控制系統(tǒng)）。

我們的研究就是對這些零件和控制系統(tǒng)進行解剖，拆卸，分析其功能，然后利用分子生物學(xué)技術(shù)改造并優(yōu)化，生產(chǎn)更多的糧食和能源。對于化學(xué)家來說，他們可以借助我們解剖的光合反應(yīng)流程模擬高效的催化劑，利用太陽能催化水和空氣中的溫室氣體二氧化碳生成能源物質(zhì);對于物理學(xué)家來說，可以利用生物分子間的空間構(gòu)型優(yōu)化機器結(jié)構(gòu)。

我們課題組主要集中在光合作用組裝因子和一些重要蛋白功能的探索上，也就是生產(chǎn)車間的第一臺機器以及它的調(diào)控和組裝因子。這臺機器可以說是光合作用的動力系統(tǒng)，一旦停止，整個光合作用就停止工作。

在研究中，我們利用基因編輯技術(shù)拆掉了其中一個零件之后（破環(huán)掉一個組裝因子基因），接收光能的天線牢牢地固定在機器上，源源不斷地為機器提供太陽能，相當于把動力系統(tǒng)的油門加大了，我們需要的終產(chǎn)物增加了，也就是能源和糧食的產(chǎn)出更多了。目前我們正對于這一生物學(xué)事件的具體過程進行研究，可以說是前景一片光明。

研究植物光合系統(tǒng)中重要蛋白功能機制意義重大，就像機器的零件，它的原理是什么，如何改造更有利于機器的運轉(zhuǎn)，這是我們做光合的科研人一直追求的目標。2019年2月，《自然》雜志公布了一篇關(guān)于光合作用方面的文章，通過改變植物的光呼吸從而增加植物整體生物量的積累，積累量比未改造株系多出41%。他們的研究內(nèi)容與我們的研究同屬于一個領(lǐng)域，說明我們在光合作用“零部件”的研究中是有用的。這只是在部分領(lǐng)域取得的階段性成果，對于光合機器的認識之路依然有漫長的路要走。

責(zé)任編輯：徐玲玲