叶绿素是光合作用中不可或缺的物质,参与光合作用的光反应,主要在叶绿体内合成,需要NADPH的参与,且受到多重调控。在光合作用中光反应中产生的ATP和NADPH用于暗反应中的碳同化。光反应中产生的ATP和NADPH比值低于碳同化中的消耗的ATP和NADPH比值,因此出现NADPH相对过剩,对光合作用造成抑制。我们认为,从能量利用的角度出发,提高叶绿素的合成,不仅能在提高光捕获能力的同时增加NADPH的消耗,而且能够提高光合效率,进而提高生物累积量。在叶绿素合成途径中谷氨酰-tRNA还原酶（GluTR）和NADPH-原叶绿素酸脂氧化还原酶（POR）是关键酶,其酶促反应都需要NADPH;GluTR受到叶绿体蛋白酶ClpC1的负调控。本研究对ClpC1基因进行编辑和过表达PORA和PORB基因,提高了烟草的光合作用效率,具体研究的结果如下:1.克隆了烟草PORA和PORB基因,并构建其过表达载体,同时构建ClpC1的基因编辑载体。采用农杆菌介导转化普通烟草,经双丙胺膦筛选、Bar基因金标试纸检测、PCR检测和Southern blotting分析,分别获得这三个载体的突变体烟草植株。2.对ClpC1基因编辑载体T1代植株进行测序分析,结果表明,6株阳性植株中有4种基因编辑形式。其中两种是单碱基替换;另外两种则分别1个碱基和4个碱基缺失,其中有3株阳性植株均发现相同的CACG碱基缺失突变,造成移码突变和翻译提前终止。4碱基缺失突变体用于后续试验。3.两种过表达植株与野生型相比对比,PORA和PORB的表达均高于野生型。3种载体T1代植株相比较,在净光合速率上,过表达PORB（OE-PORB）>ClpC1基因编辑（K-ClpC1）>过表达PORA（OE-PORA）;叶绿素总含量:OE-PORB>OE-PORA>K-ClpC1;单位叶面积干重:OE-PORB>K-ClpC1>OE-PORA。与野生型相比,K-ClpC1、OE-PORA、OE-PORB植株的净光合作用速率分别提高了47.3%、44.1%、29.2%;单位叶面积干重分别增长了39.1%、10.7%和44.2%;总叶绿素含量分别增长了117.2%、205.5%、254.5%。4.对叶绿体中的NADPH与ATP含量检测,发现在正常情况下,三种T1代植株NADPH/ATP比均显著低于野生型;而在以NaHCO₃为唯一无机碳源处理10 min,野生型NADPH/ATP相对于未处理时比值上升,反之T1代植株的则不仅显著低于野生型,而且比未处理时显著下降,证明三组T1代植株的NADPH利用率得到提高。综上结果所述,通过对ClpC1基因进行编辑或者对POR基因过表达,均能消耗过剩的NADPH,提高叶绿素的合成,进而提高转化植株的光合效率。本实验为提高作物光合作用效率,培育高效作物新品种提供了一种可行的方法。