康奈尔大学植物分子生物学、遗传学和植物生物学教授Maureen Hanson（左一）和助理研究员Myat Lin（右一）
美国康奈尔大学的科学家们设计了一种关键植物酶，并将其引入大肠杆菌中进行实验。这种方法为研究如何加快光合作用并提高作物产量创造了绝佳实验环境。相关研究近日发表在《自然植物》杂志上。
科学家们已经知道：加速光合作用过程可以提高作物产量。植物通过光合作用将二氧化碳（CO2）、水和光转化为氧气，并最终转化为蔗糖。
本次研究中，研究人员把重点放在Rubisco上——一种参与二氧化碳中碳固定并使其生成蔗糖的酶。这种酶有时会与CO2以及空气中的氧气混合发生催化反应，产生有毒副产物并造成能量浪费，从而使光合作用效率低下。
美国康奈尔大学植物分子生物学、遗传学和植物生物学教授Maureen Hanson说：“我们希望Rubisco可以不与氧气相互作用，并且更高效地‘工作’。”
为实现这一目标，研究人员从烟草植物中提取Rubisco并将其编辑引入大肠杆菌，进行测试。由于细菌繁殖非常迅速，研究人员可以在第二天就获得测试结果。但若把新型突变Rubisco引入植物，必须等上数月才能得到结果。
最初，另一小组也曾试图将烟草Rubisco引入大肠杆菌，但他们发现这种酶在大肠杆菌中的表达很弱。在植物中，Rubisco由8个大亚基和8个小亚基组成，单个基因编码大亚基，但许多基因共同编码小亚基。复杂的酶组装过程和植物中酶的多种形态令Rubisco相关实验困难重重。
在论文第一作者、博士后助理研究员Myat Lin的带领下，研究人员得以成功将这一过程分解，并使单一类型的大亚基和小亚基同时在大肠杆菌中表达，借以了解酶的特性。
最终，他们在大肠杆菌中获得了期盼中的酶表达，这种酶表达与在植物株内的表达相符。他们还发现，毛状体（植物叶子上的微毛）中的Rubisco亚基比其他叶细胞亚基都更高效。
Hanson说：“我们现在可以利用大肠杆菌设计新的植物Rubisco，并评估酶的作用效果。之后我们可以将改进后的酶应用到作物中，提高产量。”
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编译：小贝
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《自然植物》
期刊编号：2055-026X
原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-09/cu-ecb092120.php
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