大肠杆菌提供了改善光合作用的途径

大肠杆菌提供了改善光合作用的途径，康奈尔大学的科学家们设计了一种关键的植物酶，并将其引入大肠杆菌中，以便为研究如何加快光合作用（提高作物产量的圣杯）创造一个最佳的实验环境。

该方法在发表在《自然植物》杂志上的一篇论文《小亚基可以测定烟草Rubisco在大肠杆菌中表达的酶动力学》中描述。

研究背景

科学家们已经知道，如果作物能够加速光合作用过程，植物将二氧化碳（CO2）、水和光转化为氧气，最终转化为蔗糖，蔗糖是一种用于能量和构建新植物组织的糖。

研究人员把重点放在Rubisco上，这是一种缓慢的酶，它能从二氧化碳中提取（或固定）二氧化碳来产生蔗糖。与二氧化碳一起，Rubisco有时与空气中的氧气一起催化反应，当它催化时，它会产生有毒的副产品并浪费能源，从而使光合作用效率低下。

康奈尔大学植物分子生物学教授Maureen Hanson说：“你希望Rubisco不与氧气发生相互作用，而且工作速度更快。”

大肠杆菌提供了改善光合作用的途径

为了实现这一目标，研究人员从烟草植物中提取Rubisco并将其转化为大肠杆菌。烟草是研究中常见的模式植物。”我们现在可以进行突变，试图改进这种酶，然后在大肠杆菌中进行测试。

这样做的好处是，由于细菌繁殖如此迅速，研究人员可能会在大肠杆菌中测试一种改变的Rubisco，并在第二天得到结果。”她说，如果你把一种新的Rubisco引入一个工厂，你必须等上几个月才能得到结果。

另一个将烟草Rubisco基因工程到大肠杆菌中的小组的初步工作导致这种酶的表达非常弱。在植物中，Rubisco由8个大亚基和8个小亚基组成。单个基因编码每个大的亚单位，但许多基因编码每个小的亚单位。复杂的酶组装过程和多种酶在植物中的存在使Rubisco的实验变得非常困难。

研究意义

在Hanson实验室博士后研究助理、论文第一作者Myat Lin的带领下，研究人员能够分解这一过程，并在大肠杆菌中同时表达单一类型的大亚基和单一类型的小亚基，以了解酶的性质。通过这样做，他们在大肠杆菌中获得了与在植物中发现的相匹配的酶的表达，大肠杆菌提供了改善光合作用的途径。

他们还发现，在毛状体（植物叶子上的微毛）中发现的Rubisco亚单位比在叶细胞中发现的任何亚单位工作得更快。

“我们现在有能力在大肠杆菌中设计新版本的植物Rubisco，并找出一种酶的性质是否更好，”汉森说然后，我们可以将改进后的酶应用到作物中。”

引用

Cornell University. "E. coli bacteria offer path to improving photosynthesis." ScienceDaily. ScienceDaily, 21 September 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200921170505.ht.