用以指導(dǎo)光合作用設(shè)計(jì)及優(yōu)化的 ePlant 分子系統(tǒng)模型（見(jiàn) 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(guò)程，是當(dāng)前開展光合效率設(shè)計(jì)及改造研究的關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)。

9 月 18 日，從中國(guó)科學(xué)院上海植物生理生態(tài)研究所獲悉，該所與美國(guó)伊利諾伊大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作的 RIPE（研究增進(jìn)光合作用效率方法的計(jì)劃 Realizing Increased Photosynthetic Efficiency）項(xiàng)目獲得比爾 - 梅琳達(dá)蓋茨基金會(huì)（BMGF）等機(jī)構(gòu)的 4500 萬(wàn)美元資助。

RIPE 項(xiàng)目主要目標(biāo)是通過(guò)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(xiàng)目由美國(guó)伊利諾伊大學(xué)牽頭，其項(xiàng)目成員單位包括：美國(guó)農(nóng)業(yè)部光合作用研究單位、英國(guó)艾斯克斯大學(xué)、英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)、澳大利亞國(guó)立大學(xué)、中國(guó)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(guó)加州伯克利大學(xué)和美國(guó)路易斯安那大學(xué)。

2016 年，《科學(xué)》雜志發(fā)表了一份 RIPE 項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)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(gè)巨大進(jìn)步。不過(guò)，要有效運(yùn)用到改良的作物中一般需要 15 年左右的時(shí)間。

2017 年 9 月 15 日，比爾 - 梅琳達(dá)蓋茨基金會(huì)（BMGF）、美國(guó)食品農(nóng)業(yè)研究基金會(huì)（FFAR）、英國(guó)發(fā)展司（DFID）在美國(guó)伊利諾伊大學(xué)共同發(fā)表聲明，將投資 4500 萬(wàn)美元資助 RIPE，以支持 RIPE 研究團(tuán)隊(duì)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(xiàng)目主任、伊利諾伊大學(xué)哥特威爾講習(xí)教授 Steve Long 說(shuō)，“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(lái)為持續(xù)增長(zhǎng)的、城市化程度日益增加的人口提供足夠的糧食”。

“盡管沒(méi)有任何一種方法可以解決所有問(wèn)題，我們?cè)诠こ谈脑旃夂献饔妙I(lǐng)域的成功是令人振奮的”。RIPE 項(xiàng)目副主任、美國(guó)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(shuō)，“RIPE 項(xiàng)目已經(jīng)證實(shí)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(zhǎng)與未來(lái)糧食需求之間的差距”。

RIPE 項(xiàng)目采取的主要策略是利用系統(tǒng)模型指導(dǎo)下，定點(diǎn)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(guò)有效利用過(guò)去半個(gè)世紀(jì)以來(lái)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(duì)可能提高光合效率的成千上萬(wàn)的潛在途徑進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，從而篩選出zui能有效提高光能利用效率的途徑，并通過(guò)生物工程的手段進(jìn)行作物光合作用改良。利用這個(gè)途徑有望促成未來(lái)農(nóng)業(yè)的全面革新，為解決未來(lái)糧食問(wèn)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(shuō)。

在 RIPE 項(xiàng)目中，朱新廣研究員所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)將與 RIPE 項(xiàng)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(dòng)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(xiàng)目中蓋茨基金會(huì)投資了 2500 萬(wàn)美元，為期五年，其中多條改良光合作用的途徑已經(jīng)通過(guò)工程改造的方法得到系統(tǒng)驗(yàn)證。尤其是去年，《科學(xué)》雜志發(fā)表了一份 RIPE 項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)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(gè)巨大進(jìn)步。

RIPE 項(xiàng)目中的另外兩個(gè)工程改造途徑目前在溫室及初步大田實(shí)驗(yàn)中也對(duì)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(yùn)用到改良的作物中一般需要 15 年左右的時(shí)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(jí)作物出現(xiàn)在農(nóng)田中可能也要到 2030 年了”。Steve Long 教授說(shuō)。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?jī)?nèi)容。

中國(guó)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(xiàng)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(zhǎng)歷史，曾在光合作用多個(gè)研究領(lǐng)域做出過(guò)杰出貢獻(xiàn)，其中包括光合磷酸化機(jī)理研究、光抑制機(jī)理、環(huán)式電子傳遞機(jī)理、光合作用對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)等。

近年來(lái)，植生生態(tài)所將繼續(xù)在原有研究基礎(chǔ)上，通過(guò)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(zhǎng)評(píng)估及測(cè)試平臺(tái)構(gòu)建等，為我國(guó)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(jiān)實(shí)的團(tuán)隊(duì)、技術(shù)及平臺(tái)基礎(chǔ)。