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随着世界人口的快速增长和自然资源的日益减少，我们现在面临着巨大的挑战，既要提高作物产量，又要提高资源利用效率。将 C4 光合作用引入 C3 作物被广泛认为是应对这一挑战的关键策略，因为 C4 植物在光合作用和资源利用方面比 C3 植物更有效率，特别是在生产力潜力巨大的炎热气候下。有证据表明，C4 光合作用是在多个谱系中从 C3 光合作用进化而来的，这为这种 C3 到 C4 工程的可行性提供了支持。然而，C3 到 C4 工程并非易事，因为必须将 C4 光合作用所必需的几个特征引入 C3 植物。其中一个特征是光合作用的两个阶段（CO 2 固定和碳水化合物合成）在空间上分别分离到叶肉细胞和束鞘细胞中。另一个特征是克兰兹解剖结构，其特点是叶肉细胞和束鞘 (BS) 细胞之间紧密相关（比例为 1:1）。这些解剖学特征与 C4 特异性碳固定酶 (PEPC) 一起形成了一种 CO 2 浓缩机制，可确保较高的光合作用效率。过去人们付出了很多努力将 C4 机制引入 C3 植物，但这些尝试都没有成功，我认为这是由于缺乏对 C3 和 C4 途径的系统级理解和操纵。作为 C3 到 C4 工程的先决条件，我建议不仅必须阐明控制 C3 和 C4 植物中 Kranz 解剖学和细胞类型特异性表达的机制，还必须充分了解 C3 和 C4 光合作用背后的基因调控网络。在这篇评论中，我首先描述了过去和当前为提高 C3 植物的光合作用效率所做的努力及其局限性；然后，我讨论了应对这一挑战的系统方法、一些实际问题以及有助于我们解决这些问题的最新技术创新。
通过 C3 到 C4 工程改良作物的挑战和方法
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