粮食安全是全球关注的焦点，提高水稻单产是保障粮食供给的关键。长期以来，提高光合作用效率被视为挖掘作物增产潜力的重要途径之一。光呼吸是一个与光合作用偶联运行的耗能过程，由于在光照下大量吸收O2并释放CO2，可导致C3作物损失30%–50%的光合产物。近年来，越来越多的研究表明，通过合成生物学策略优化光呼吸代谢，在作物高光效育种中具有巨大潜力。
2026年3月12日，Journal of Genetics and Genomics在线发表华南农业大学生命科学学院彭新湘研究员/张智胜副研究员课题组题为“Engineering a transport-facilitating molecular module to improve seed-setting rate and yield in rice”的研究论文。该研究构建了一个包含α-淀粉酶、蔗糖磷酸合成酶和蔗糖转运蛋白基因的“畅流分子模块”RSS，有效打通高光效水稻的“物流瓶颈”，显著提高其结实率和产量，为作物高产育种提供了新策略。
该课题组前期工作创制的高光效光呼吸支路水稻，虽然能够提高光合能力，但“源-库”关系不协调，造成糖代谢紊乱，花粉育性下降，最终导致结实率降低。为解决这一问题，该研究设计了一个协同作用的RSS分子模块：R (OsRAmy2A，α-淀粉酶)负责降解茎叶中储存的淀粉，提供原料；S (OsSPS8，蔗糖磷酸合成酶)将原料高效合成为转运形式——蔗糖；另一个S (OsSUT1，蔗糖转运蛋白)则负责将蔗糖装载并长距离运输至发育中的籽粒。通过引入RSS模块，有效促进了光合产物从“源”(叶、茎)到“库”(穗)的转运。随后，将该模块分别转入野生型水稻和高光效GCGT水稻。田间试验结果显示：在GCGT背景下，携带RSS模块的水稻结实率较GCGT提高9.4%–14.1%，单株产量提高6.8%–10.0%，有效挽回了因光合产物转运不畅导致的产量损失；在野生型(ZH11)背景下，携带RSS模块的水稻产量提高19.6%–26.2%，同时收获指数也显著提升。
RSS模块提高水稻结实率和产量
A：多基因表达载体RSS-pYLTAC380B示意图；B-K：RSS转基因水稻中光合产物的变化；L-O：RSS转基因水稻的生长表型、结实率及单株产量。
综上所述，该研究提出并解决了高光效水稻存在的“转运障碍”问题，RSS模块作为一个“畅流”遗传工具，不仅可用于改良现有高光效作物种质，也为未来培育“源强流畅”的高产高效作物品种提供新路径。
论文链接：10.1016/j.jgg.2026.03.005
文/图 生命科学学院 黄安耀
