蓝藻光合作用功效调控机制研究获突破

蓝藻是一种神奇的存在，虽然不是植物却能进行光合作用并放出氧气。蓝藻学名蓝细菌，其光合作用在地球大气环境有氧化的进程中起到了十分重要的作用，而且也是无机态的碳进入生物圈的重要途径。科学家发现，蓝藻中含有一种名为“Rubisco”的酶在光合作用中发挥着关键作用，但是其工作机制却长期未被认识。

中国科学技术大学周丛照和陈宇星课题组经过长期的研究，阐明了蓝藻RuBisCO酶组装的分子机理，发现RuBisCO成熟过程的多层次精细动态调控网络，为人工改造RuBisCO以提高光合作用效率奠定了基础。相关研究成果5月25日在线发表于《自然—植物》。

RuBisCO酶是光合作用中决定碳同化速率的关键酶，同时也是植物光呼吸的关键酶，其在光合作用中具有重要的作用。它可以利用太阳能将空气中的二氧化碳固定起来，既可降低温室效应，还可充分利用无机碳源，形成碳水化合物，以维持植物体的生命。有研究发现，向植物中添加这种酶，可以有效促进植物生长。然而这种酶的催化效率极低，一个RuBisCO全酶每秒钟只能催化3~10个二氧化碳分子的转化。蓝藻通过二氧化碳浓缩机制，可以有效提高RuBisCO的催化效率。将蓝藻的二氧化碳浓缩系统引入植物被认为是一种潜在的提高植物光合作用效率和产量的方法，然而迄今为止对于RuBisCO组装和成熟的精细过程仍然不清楚，极大制约了RuBisCO的活性优化和产业应用。

在该研究中，科学家们通过冷冻电镜单颗粒分析的方法和生化手段，揭开了催化酶RuBisCO发挥功效的神秘面纱，解析了其组装和调控的多步动态构象和分子机制，为进一步利用RuBisCO酶服务人类奠定了分子基础。

据了解，蓝藻水华的形成机制和干预策略是周丛照多年来的主要研究领域。“我们应该更多地了解蓝藻，然后加以利用，而不是也不可能简单地将它彻底消灭。蓝藻作为地球上最古老的原核生物之一，其生命力非常旺盛。由于前些年淡水湖泊水体受到污染，蓝藻过度繁殖而导致水华，带来一系列环境问题。但另一方面，蓝藻也可以消耗大量空气中的二氧化碳，还可能用于生产下一代新型绿色能源。因此，蓝藻研究具有十分重要的科学意义和实用价值”周丛照说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41477-020-0665-8

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