用以指導(dǎo)光合作用設(shè)計及優(yōu)化的 ePlant 分子系統(tǒng)模型（見 Xiao et al., 2017, Quantitative Biology, 5: 260-271; doi:10.1007/s40484-017-0110-9）。ePlant 涵蓋從分子、細(xì)胞器、細(xì)胞、葉片、冠層直到光合產(chǎn)物分配等光合作用影響生物量及產(chǎn)量的全過程，是當(dāng)前開展光合效率設(shè)計及改造研究的關(guān)鍵技術(shù)平臺。

9 月 18 日，從中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所獲悉，該所與美國伊利諾伊大學(xué)等機構(gòu)合作的 RIPE（研究增進(jìn)光合作用效率方法的計劃 Realizing Increased Photosynthetic Efficiency）項目獲得比爾 - 梅琳達(dá)蓋茨基金會（BMGF）等機構(gòu)的 4500 萬美元資助。

RIPE 項目主要目標(biāo)是通過工程改良提高主要農(nóng)作物光合作用光能利用效率，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量潛力。該項目由美國伊利諾伊大學(xué)牽頭，其項目成員單位包括：美國農(nóng)業(yè)部光合作用研究單位、英國艾斯克斯大學(xué)、英國蘭卡斯特大學(xué)、澳大利亞國立大學(xué)、中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所、澳大利亞聯(lián)邦科工委、美國加州伯克利大學(xué)和美國路易斯安那大學(xué)。

2016 年，《科學(xué)》雜志發(fā)表了一份 RIPE 項目研究團隊的工作進(jìn)展，表明該途徑可以有效提高 20% 作物產(chǎn)量，這與傳統(tǒng)育種中每年僅有 1 -2% 的產(chǎn)量增加相比是一個巨大進(jìn)步。不過，要有效運用到改良的作物中一般需要 15 年左右的時間。

2017 年 9 月 15 日，比爾 - 梅琳達(dá)蓋茨基金會（BMGF）、美國食品農(nóng)業(yè)研究基金會（FFAR）、英國發(fā)展司（DFID）在美國伊利諾伊大學(xué)共同發(fā)表聲明，將投資 4500 萬美元資助 RIPE，以支持 RIPE 研究團隊繼續(xù)開展工程改造光合作用、提高作物產(chǎn)量的研究。

RIPE 項目主任、伊利諾伊大學(xué)哥特威爾講習(xí)教授 Steve Long 說，“目前，重要糧食作物的產(chǎn)量提高速度很慢，我們亟需發(fā)展全新方法，大幅度提高作物產(chǎn)量，以保證在未來為持續(xù)增長的、城市化程度日益增加的人口提供足夠的糧食”。

“盡管沒有任何一種方法可以解決所有問題，我們在工程改造光合作用領(lǐng)域的成功是令人振奮的”。RIPE 項目副主任、美國農(nóng)業(yè)部光合作用研究單位的科學(xué)家、伊利諾伊大學(xué)教授 Don Ort 說，“RIPE 項目已經(jīng)證實光合作用效率可以被提高，進(jìn)而有效幫助消除當(dāng)前糧食增長與未來糧食需求之間的差距”。

RIPE 項目采取的主要策略是利用系統(tǒng)模型指導(dǎo)下，定點改良光合作用效率進(jìn)而提高作物產(chǎn)量潛力。

“該策略的核心是通過有效利用過去半個世紀(jì)以來的光合作用研究成果，建立光合作用系統(tǒng)模型，進(jìn)而利用模型對可能提高光合效率的成千上萬的潛在途徑進(jìn)行系統(tǒng)評估，從而篩選出zui能有效提高光能利用效率的途徑，并通過生物工程的手段進(jìn)行作物光合作用改良。利用這個途徑有望促成未來農(nóng)業(yè)的全面革新，為解決未來糧食問題提供全新方案。”中科院上海植物生理生態(tài)研究所朱新廣研究員說。

在 RIPE 項目中，朱新廣研究員所帶領(lǐng)的研究團隊將與 RIPE 項目研究組通力合作，建立涵蓋從細(xì)胞代謝、葉片直到冠層直到生態(tài)系統(tǒng)水平的光合作用模型，并用于發(fā)現(xiàn)改良光合效率的新途徑，從而為光合作用工程改造持續(xù)增加新動力。

利用這種模型指導(dǎo)下的工程改造策略，RIPE 研究人員已經(jīng)鑒定出多條可提高光能利用效率的新途徑。在 RIPE *期項目中蓋茨基金會投資了 2500 萬美元，為期五年，其中多條改良光合作用的途徑已經(jīng)通過工程改造的方法得到系統(tǒng)驗證。尤其是去年，《科學(xué)》雜志發(fā)表了一份 RIPE 項目研究團隊的工作進(jìn)展，表明該途徑可以有效提高 20% 作物產(chǎn)量，這與傳統(tǒng)育種中每年僅有 1 -2% 的產(chǎn)量增加相比是一個巨大進(jìn)步。

RIPE 項目中的另外兩個工程改造途徑目前在溫室及初步大田實驗中也對產(chǎn)量產(chǎn)生巨大提高作用。“從發(fā)現(xiàn)基因到這些基因被有效運用到改良的作物中一般需要 15 年左右的時間，因此基于我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的這些能夠提高光合作用效率的超級作物出現(xiàn)在農(nóng)田中可能也要到 2030 年了”。Steve Long 教授說。將這些已發(fā)現(xiàn)的提高光合效率的途徑有效用于作物改良是當(dāng)前 RIPE 的核心研究內(nèi)容。

中國科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所研究員朱新廣博士是本次 RIPE 項目的負(fù)責(zé)人之一（Co-PI）。該研究所在光合作用研究方面具有較長歷史，曾在光合作用多個研究領(lǐng)域做出過杰出貢獻(xiàn)，其中包括光合磷酸化機理研究、光抑制機理、環(huán)式電子傳遞機理、光合作用對環(huán)境變化的響應(yīng)等。

近年來，植生生態(tài)所將繼續(xù)在原有研究基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步大力支持光合系統(tǒng)生物學(xué)研究、基因組編輯及合成生物學(xué)工具包發(fā)展、大規(guī)模大田作物生長評估及測試平臺構(gòu)建等，為我國大規(guī)模開展光合作用系統(tǒng)及合成生物學(xué)研究提供堅實的團隊、技術(shù)及平臺基礎(chǔ)。