這一變化將增強光合作用與改善氮素利用結合在一起。

氮肥是由天然氣製成的。開採和燃燒天然氣正在傷害我們星球上的生命，所以我們可能應該停止這樣做（或至少嘗試大幅減少）。但是糧食作物，像所有的植物一樣，需要氮。這是一個相當棘手的問題，尤其是考慮到依賴這些作物的人口預計將在未來幾十年持續增長，而可耕地面積預計將減少。

作為迴應，中國的基因工程師一直在開發可以在低氮環境下茁壯成長的作物，他們培育出了一種產量比普通水稻高40%到70%的水稻品種。它的每枝顆粒數更多，每粒顆粒更大且更密集，植株開花更早。但目前用於穀類作物的大多數育種方法只能產生不到1%的增產，所以這是一個相當大的問題。

一個基因可以改變很多

科學家們首先研究了被稱為轉錄因子的蛋白質，轉錄因子通常控制一組基因的表達，這些基因通常涉及單一生理功能的不同方面。在這種情況下，重點放在已知的調節光合作用的轉錄因子上。

為了找到理想的靶點，研究人員篩選了一組118種轉錄因子，這些轉錄因子先前被鑑定用於調節水稻和玉米的光合作用，以找到任何在光照和低氮水平下也被上調的轉錄因子。當他們發現一種轉基因水稻時，他們就可以培育出大量轉基因水稻。過度表達這樣的轉錄因子而不是它控制的單個基因，就像要求與經理交談，而不是在不同部門的各種客戶服務代表之間來回奔波。

研究人員將這些水稻種植在不同環境條件下：北京附近的溫帶田、海南的熱帶田和浙江的亞熱帶田。

3年間，所有水稻植株均表現出光合能力增強和氮素利用效率提高的趨勢。它們比野生型水稻有更多的葉綠素和更多更大的葉綠體。與野生型水稻相比，它們的根部吸收氮的效率更高，從根部向芽輸送氮的效率也更高。這明顯提高了他們的糧食產量，即使在種植少施氮肥的情況下。

其他的實驗是用這種轉基因植物在水培和稻田中進行的，它們的表現同樣出色。在一種較高檔的水稻（粳稻，而不是在其他實驗中大量使用的普通水稻）、小麥和擬南芥（植物生物學中最常用的模式生物）中過度表達相同的轉錄因子，對那些重要的植物也有類似的影響。

下游效應

這種轉錄因子上調345個基因的活性，其中大多數已知對鹽、乾旱和寒冷脅迫做出反應。當科學家過度表達其中一種基因（其中一種與早期開花有關）時，這些植物確實花開得更早，但它們變得矮化，並表現出減產。這可能是因為，與轉錄因子所賦予的碳和氮利用增強無關的早花特性，不允許植物在其縮短的生長時間內積累足夠的資源。

因此，研究人員建議，可以使用基因組編輯技術，而不是他們所依賴的轉基因技術，在其他作物中過度表達這種轉錄因子，這樣它們也可以獲得更高的產量。當生長季節和農田空間受限，氮肥短缺時，比如野火、洪水和乾旱等罕見情況下，這樣的品種就能派上用場。