科学家成功构建碳四禾谷类模式植物体系，为谷类作物研究开辟新路径

近日，国际科研团队在植物生物学领域取得重大突破，成功建立了碳四（C4）禾谷类研究的模式植物体系，为水稻、小麦、玉米等主要谷类作物的高效育种和产量提升提供了全新的研究平台。

碳四光合作用是一种高效的光合途径，相比常见的碳三（C3）途径，其光合效率可提高30%-50%，尤其适应高温、强光和干旱环境。典型碳四作物如玉米、高粱等具有显著的产量优势，而全球主要粮食作物中仍有大量碳三作物（如水稻、小麦）。如何将碳四光合特性导入碳三作物，长期以来是农业科学界的重点攻关方向。

此次建立的碳四禾谷类模式植物体系，通过基因编辑与合成生物学技术，在短生育期、易操作的禾本科模式植物中重构了完整的碳四光合通路。该系统不仅实现了碳四光合关键酶的高效表达，还完成了叶片花环结构的模拟构建，使研究人员能够在可控条件下系统解析碳四光合的遗传调控网络和环境适应性机制。

这一突破性进展为谷类作物研究带来三大核心价值：为碳四光合机制的解析提供了理想实验平台，克服了传统作物研究周期长、遗传操作复杂的局限；通过该体系筛选获得的优良基因模块，可直接用于水稻、小麦等作物的碳四化改良；第三，为应对全球气候变化下的粮食安全挑战提供了技术储备，有助于培育抗旱、耐高温的高产作物新品种。

研究人员表示，该模式植物体系将作为“遗传设计蓝图”，加速碳三作物向碳四作物的转化进程。下一步团队将聚焦于碳四特性与产量性状的协同优化，并开展多环境条件下的田间验证，推动实验室成果向实际应用转化。业内专家认为，这项研究标志着作物光合效率改良进入精准设计新阶段，将为全球粮食安全提供重要科技支撑。