2022年8月19日，Science杂志以封面形式发表了来自美国伊利诺伊大学香槟分校题为“Soybean photosynthesis and crop yield are improvedby accelerating recovery from photoprotection”的研究论文，该研究在大豆中超表达三个基因进行了工程改造。研究表明在重复的田间试验中五个独立转化植株中的种子产量最高增加了33%，而且种子蛋白质和油含量没有改变。
光合作用指植物利用光能，将水和二氧化碳转化为有机物并释放氧气的过程。据介绍，遇到过强光照时，植物出于自我保护会激活叶黄素循环，从而使叶片释放多余能量，免受强光侵害；当光照因遮挡等原因减弱时，叶黄素循环这一保护性机制就会关闭，从而使植物叶片可在适当光照强度下进行光合作用。植物关闭叶黄素循环的“切换”过程往往持续数分钟，对农作物来说，这浪费了本可用于光合作用的时间。在农作物整个生长周期中，这些零碎的“数分钟”合起来占据不少时间。
美国伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校研究人员领衔的团队近日在美国《科学》杂志发表论文说，大豆中被称为“VPZ”的结构可以调控叶黄素循环，该结构包含3个编码与叶黄素循环有关蛋白质的基因。在田间试验中，研究人员把大豆“VPZ”结构包含的3个基因过表达，加速了关闭叶黄素循环的“切换”过程，提高了大豆光合作用效率。结果显示，大豆产量提高20%以上，产量最高区域增产33%，并且没有影响大豆质量。
研究人员先前已在烟草试验田内做过类似试验，证实对烟草的基因改造有助于提升光合作用效率，因此把试验对象拓展到大豆。眼下他们已在更多区域种下这种经过基因改造的大豆，预计2023年年初可以获得结果，以进一步验证效果。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adc9831
