研究小组首次模拟了酶活性和产量之间的联系

伊利诺伊大学的一个团队开发了一个建模框架，将与光合作用相关的酶活性与产量联系起来。这是首次有模型将动态光合途径直接与作物生长联系起来

伊利诺伊州马修斯小组的博士后研究员何玉峰说：“之前的模型将遗传、代谢和叶片水平的数据结合起来，但我们需要将代谢水平与更大的冠层水平联系起来。”。“新模型使我们能够通过更好地将田间作物所经历的环境变化与代谢过程联系起来，研究酶活性的变化如何影响产量。”

这项工作是实现提高光合效率（RIPE）的一部分，RIPE是一个国际研究项目，旨在通过改善光合作用来提高作物的生产力，光合作用是所有植物将阳光转化为能量和产量的自然过程

在最近发表在《In silico Plants》上的一项研究中，He和其他人展示了他们的模型将如何对科学家准确模拟作物生长的能力产生积极影响。以前，想要模拟田间实验的科学家必须处理光合作用过程和相关的酶活性，就像植物处于稳态一样。对于任何曾经在农田里工作过的人来说，这是一个非常不切实际的措施

“植物不存在于稳定的环境中。我们可以利用这项工作来研究酶在不同环境条件下的敏感性，”伊利诺伊州土木与环境工程助理教授、RIPE项目首席研究员Megan Matthews说。“该模型将使我们能够看到哪些光合酶在不同环境中受到限制，以及它们如何在长期气候条件下导致产量增加。”

该模型理解哪些酶可能受到限制并将其与预期产量联系起来的能力来自将光合作用表示为一系列详细的动态酶反应，而不是稳态下几个反应的简化表示。该模型的另一个好处是，它可用于探索非稳态光合反应，例如当云层或风中移动的其他叶子的阴影会导致植物在一天中开始或停止光合作用时。之前将光合作用视为动态过程的模型无法扩展到田间的作物生长

何说：“从代谢物水平扩大到田间水平，是实现更准确地模拟光合作用和作物生长的关键进展。”。“我们的耦合模型有望增强我们对酶动力学和作物生理学的理解。此外，其未来的应用将有助于改进作物管理策略，促进可持续农业实践，并在全球挑战中加强粮食安全。”He和Matthews希望他们的模型（可在Github上开源）可以帮助研究人员更好地理解和预测特定酶如何在不同环境中影响作物生长和产量 More information: Yufeng He et al, Connecting detailed photosynthetic kinetics to crop growth and yield: a coupled modelling framework, in silico Plants (2024). DOI: 10.1093/insilicoplants/diae009