大肠杆菌为改善光合作用提供了途径

康奈尔大学的科学家设计了一种关键的植物酶，并将其引入到大肠杆菌中，以创造一个最佳的实验环境来研究如何加快光合作用，这是提高作物产量的圣杯。

该方法在发表在《自然植物》杂志上的论文“小亚基可以确定在大肠杆菌中表达的烟草Rubisco的酶动力学”中有描述。

科学家们已经知道，如果作物能够加速光合作用的过程，其单产将增加，在此过程中，植物将二氧化碳(CO 2)，水和光转化为氧气，最终转化为蔗糖，蔗糖是一种用于能源和用于建立新的植物组织的糖。

研究人员专注于Rubisco，Rubisco是一种缓慢的酶，可从二氧化碳中吸收(或固定)碳以产生蔗糖。Rubisco 与CO 2一起有时会与空气中的氧气催化反应，当反应时，它会产生有毒的副产物并浪费能量，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莫琳·汉森说：“您希望鲁比斯科不与氧气相互作用，并且能更快地工作。”

为了实现这一目标，研究人员从烟草植物中提取了Rubisco，并将其工程改造为大肠杆菌。烟草是研究中常用的典范植物。汉森说：“我们现在可以进行突变，以尝试改善这种酶，然后在大肠杆菌中对其进行测试。”

优势在于，由于细菌繁殖如此迅速，因此研究人员可以在大肠杆菌中检测改变的Rubisco 并在第二天获得结果。她说：“如果将新的Rubisco引入工厂，则必须等待几个月”才能获得结果。

另一个将烟草Rubisco改造成大肠杆菌的小组的初步工作导致该酶的表达非常弱。在植物中，Rubisco由八个大亚基和八个小亚基组成。甲单个基因编码的每个大亚基，但许多基因编码的每个小亚基。酶组装的复杂过程以及植物中多种酶的存在，使得用Rubisco进行实验非常困难。

在汉森实验室的博士后研究助理，论文的第一作者Myat Lin的带领下，研究人员能够分解这一过程，并在大肠杆菌中一起表达一种大亚基和一种小亚基，从而了解酶的性质。通过这样做，他们在大肠杆菌中获得了与植物中所发现的酶表达相符的酶。

他们还发现，在毛状体(植物叶子上的细毛)中发现的Rubisco亚基的工作速度比在叶细胞中发现的任何亚基都快。

汉森说：“我们现在有能力在大肠杆菌中工程化新版本的植物Rubisco，并找出一种酶的特性是否更好。” “然后，我们可以吸收经过改良的酶，并将其用于农作物。”

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