藍藻光合作用功效調控機制研究獲突破—新聞—科學網

2020-12-26 科學網

 

藍藻是一種神奇的存在，雖然不是植物卻能進行光合作用並放出氧氣。藍藻學名藍細菌，其光合作用在地球大氣環境有氧化的進程中起到了十分重要的作用，而且也是無機態的碳進入生物圈的重要途徑。科學家發現，藍藻中含有一種名為「Rubisco」的酶在光合作用中發揮著關鍵作用，但是其工作機制卻長期未被認識。

中國科學技術大學周叢照和陳宇星課題組經過長期的研究，闡明了藍藻RuBisCO酶組裝的分子機理，發現RuBisCO成熟過程的多層次精細動態調控網絡，為人工改造RuBisCO以提高光合作用效率奠定了基礎。相關研究成果5月25日在線發表於《自然—植物》。

RuBisCO酶是光合作用中決定碳同化速率的關鍵酶，同時也是植物光呼吸的關鍵酶，其在光合作用中具有重要的作用。它可以利用太陽能將空氣中的二氧化碳固定起來，既可降低溫室效應，還可充分利用無機碳源，形成碳水化合物，以維持植物體的生命。有研究發現，向植物中添加這種酶，可以有效促進植物生長。然而這種酶的催化效率極低，一個RuBisCO全酶每秒鐘只能催化3~10個二氧化碳分子的轉化。藍藻通過二氧化碳濃縮機制，可以有效提高RuBisCO的催化效率。將藍藻的二氧化碳濃縮系統引入植物被認為是一種潛在的提高植物光合作用效率和產量的方法，然而迄今為止對於RuBisCO組裝和成熟的精細過程仍然不清楚，極大制約了RuBisCO的活性優化和產業應用。

在該研究中，科學家們通過冷凍電鏡單顆粒分析的方法和生化手段，揭開了催化酶RuBisCO發揮功效的神秘面紗，解析了其組裝和調控的多步動態構象和分子機制，為進一步利用RuBisCO酶服務人類奠定了分子基礎。

據了解，藍藻水華的形成機制和幹預策略是周叢照多年來的主要研究領域。「我們應該更多地了解藍藻，然後加以利用，而不是也不可能簡單地將它徹底消滅。藍藻作為地球上最古老的原核生物之一，其生命力非常旺盛。由於前些年淡水湖泊水體受到汙染，藍藻過度繁殖而導致水華，帶來一系列環境問題。但另一方面，藍藻也可以消耗大量空氣中的二氧化碳，還可能用於生產下一代新型綠色能源。因此，藍藻研究具有十分重要的科學意義和實用價值」周叢照說。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-020-0665-8

 

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