近日，中国水稻研究所在AdvancedScience上发表了题为“OsCPK12-OsATPD1 module regulates photosynthetic acclimation to light stress in rice”的研究论文，解析了水稻OsCPK12-OsATPD1分子模块调控光胁迫光合驯化的全新机制，补齐了作物光适应分子调控网络的研究短板，为水稻高光效、抗逆稳产育种提供了关键理论依据和优质基因资源。
提升光合效率是突破作物产量瓶颈的核心育种方向。调控作物光合驯化的上游核心分子机制尚不明确，极大阻碍了科研人员对作物光适应分子调控网络的系统性解析，也限制了高光效育种技术的创新升级。团队针对这一科学难题开展系统研究，明确了OsCPK12基因在水稻光合调控与光胁迫适应中的关键功能。研究发现，过表达OsCPK12基因可显著提升水稻净光合速率，增加植株干物质积累，在水稻高光效育种中具备极高的应用价值。研究验证，OsCPK12可与叶绿体ATP合酶δ亚基OsAtpD1发生特异性相互作用，并精准对OsAtpD1转运肽（Ctp）区域第8位丝氨酸（Ser8）位点进行磷酸化修饰。该磷酸化修饰是OsAtpD1在叶绿体中稳定积累的关键保障，对维持水稻光合电子传递效率、基础光合速率以及叶绿体ATP合酶活性具有不可替代的作用。
酶活与光合参数测定试验进一步佐证了该调控通路的功能：光照可特异性诱导OsCPK12介导的OsAtpD1磷酸化反应，该修饰过程能够促进OsAtpD1在叶绿体内的正常转运与积累，帮助水稻完成光胁迫下的光合驯化，有效规避高强度光照对光合系统的损伤，显著增强水稻的强光耐受能力。
综上所述，该研究系统解析了OsCPK12‑OsAtpD1分子模块在水稻光胁迫响应、光合稳态维持中的核心调控功能，阐明了其调控光合电子传递、质子动力势（PMF）形成、ATP合酶活性及光保护应答的完整分子通路。不仅揭示了植物光合调控的全新分子模块，完善了作物光合驯化的分子理论体系，更为水稻高光效分子育种提供了重要的基因靶点和坚实的理论支撑，对推动超级稻育种提质增效具有重要的科学价值与应用前景。
图1.OsCPK12调节光合作用的分子机制
中国水稻研究所曹立勇研究员、刘群恩副研究员和程式华研究员为论文共同通讯作者，中国水稻研究所博士后王备芳，已出站博士后Aaron Chan，和已毕业博士范永义（现就业于绵阳市农业科学研究院）为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江省科技项目、科技创新 2030-重大项目）、中国农业科学院农业科技创新项目、中国农业科研系统专项基金和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 和具有国际竞争力的优质高抗杂交水稻种质创制和新品种培育的资助。特别感谢中科院分子植物科学卓越创新中心何祖华院士，中国科学院植物研究所张春艳老师和中国水稻研究所符冠富老师在本研究提供的指导和帮助。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.77268
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