利物浦大學(xué)的科學(xué)家們揭示了關(guān)于藍(lán)細(xì)菌如何構(gòu)建細(xì)胞器的新見(jiàn)解，而細(xì)胞器對(duì)于它們的光合作用能力至關(guān)重要。與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作進(jìn)行的這項(xiàng)研究已在PNAS上發(fā)表。

藍(lán)細(xì)菌是一群古老的光合微生物，存在于海洋和大多數(shù)內(nèi)陸水域。他們已經(jīng)進(jìn)化出一種蛋白質(zhì)細(xì)胞器，稱(chēng)為羧基小體，可以有效地將環(huán)境中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖。

這種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟是固碳酶Rubisco催化。但是，Rubisco的“設(shè)計(jì)”很差，因?yàn)楫?dāng)周?chē)咚降腛2時(shí)，Rubisco不能有效地固定CO2。藍(lán)細(xì)菌羧化酶將Rubisco酶隔離并濃縮在分離的隔室內(nèi)，并為Rubisco提供低O2的環(huán)境以改善碳固定。

利物浦大學(xué)教授，該論文的資深作者劉寧說(shuō)：“藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞如何產(chǎn)生復(fù)雜的羧基體結(jié)構(gòu)并在細(xì)胞器中堆積Rubisco酶以具有生物學(xué)功能是一個(gè)謎。”“我的研究小組有興趣解決這一生物學(xué)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。”

Rubisco復(fù)合物的形成涉及一些稱(chēng)為伴侶蛋白的“輔助”蛋白質(zhì)，其中包括一種名為Rubisco裝配因子1(Raf1)的蛋白質(zhì)。為了了解Raf1的確切作用，研究小組使用了最新的顯微鏡技術(shù)，例如共聚焦熒光顯微鏡，電子顯微鏡和低溫電子顯微鏡，并結(jié)合了分子生物學(xué)和生化技術(shù)來(lái)研究Raf1如何與Rubisco相互作用。亞基可促進(jìn)Rubisco的裝配，以及當(dāng)細(xì)胞不產(chǎn)生Raf1時(shí)如何影響?hù)然w的形成。

研究人員證明Raf1對(duì)建立Rubisco復(fù)合物至關(guān)重要。沒(méi)有Raf1，Rubisco配合物的組裝效率較低，并且不能密集地包裹在羧基體內(nèi)部。這可能極大地影響?hù)然w的構(gòu)建并因此影響藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞的生長(zhǎng)。

“這是我們首次確定Rubisco裝配伴侶在藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞中羧基體生物合成中的功能，” Leverhulme Trust早期職業(yè)研究員Fang Huang博士說(shuō)，他是本文的第一作者。“我們對(duì)這一發(fā)現(xiàn)感到非常興奮。它還使我們能夠提出一個(gè)新的羧基體生物發(fā)生工作模型，該模型詳細(xì)地告訴我們Rubisco復(fù)合物是如何產(chǎn)生的，Raf1如何驅(qū)動(dòng)Rubisco堆積以及如何構(gòu)建整個(gè)羧基體結(jié)構(gòu)。”

當(dāng)前，對(duì)將羧基體轉(zhuǎn)移到農(nóng)作物中以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和糧食生產(chǎn)具有極大的興趣。這項(xiàng)研究可能會(huì)提供生產(chǎn)完整的功能性固碳機(jī)械所需的重要信息。