来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校先进生物能源和生物产品创新中心和橡树岭国家实验室生物能源创新中心的一组科学家在杨树中发现了一种基因，可以增强光合作用，提高树高。

叶绿体是容纳光合作用装置的主要细胞结构，光合作用装置将光能转化为促进植物生长的化学能。具体来说，Rubisco蛋白从大气中捕获二氧化碳。多年来，科学家们一直在研究提高植物中Rubisco含量的方法，以提高作物产量和吸收大气中的二氧化碳。

“从历史上看，很多研究都集中在稳态光合作用上，在这种情况下，每个条件都保持不变。然而，这并不能代表现场环境，因为光线随时都在变化，”伊利诺伊州综合生物学助理教授史蒂文·伯吉斯（Steven Burgess）说。“在过去的几年里，人们认为这些动态过程更为重要，但却没有得到很好的理解。”

在这项新研究中，研究人员将重点放在杨树上，因为它是一种快速生长的作物，也是制造生物燃料和生物产品的主要候选作物。他们在户外研究地块上采集了约1000棵树的样本，分析了它们的物理特征和基因组成，进行了一项全基因组关联研究。研究小组利用GWAS种群寻找与光合作用猝灭有关的候选基因，光合作用猝灭是一种调节植物在阳光和阴影之间调节的速度，并消散过多阳光产生的多余能量以避免损害的过程。

其中一个被研究人员命名为BOOSTER的基因很不寻常，因为它是杨树独有的，尽管它在核基因组中包含一个源于叶绿体的序列。

研究小组发现，这种基因能够增加Rubisco含量和随后的光合作用活性，从而在温室条件下生长出更高的极地植物。在田间条件下，科学家发现高表达BOOSTER的基因型植株的长高高达37%，增加了每株植物的生物量。该团队还将BOOSTER植入了另一种植物，拟南芥或芥蓝，从而增加了生物量和种子产量。这一发现表明，BOOSTER具有更广泛的适用性，可以在其他植物中引发更高的产量。

伯吉斯说：“这是令人兴奋的第一步，尽管这些都是小规模的实验，还有很多工作要做，如果我们能大规模地重现结果，这种基因就有可能增加作物的生物量。”

研究的下一步可能包括在其他生物能源和粮食植物上进行测试，研究人员将在不同的生长条件下记录植物的生产力，以分析长期的成功。他们还将调查在GWAS研究中发现的其他可能有助于作物改良的基因。