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鉴定有助于控制光合作用的蓝细菌基因家族

密歇根州立大学的一项新研究确定了蓝细菌中的一个基因家族,这些基因有助于控制二氧化碳的固定。

这一发现进一步丰富了我们的光合作用基础知识。它还为可持续生物技术生产的设计系统打开了新的大门。

该研究发表在《新植物学家》杂志上。

蓝细菌和植物共有一种共同的酶,即rubisco,它可以从大气中捕获二氧化碳。碳捕获是一系列反应的第一步,该反应将碳转变成高能分子,为地球的生物提供营养。

在植物中,rubisco经常会因附着在其上的小分子而受阻。作为响应,Rubisco活化酶这种蛋白质得以拯救,去除了不需要的分子,因此Rubisco可以再次起作用。

生物信息学的最新进展已使Cheryl Kerfeld的实验室鉴定出一种蓝细菌基因,该基因看起来类似于编码植物rubisco活化酶的一种。

这个新基因编码了实验室所说的激活酶样蓝细菌蛋白或ALC。

Kerfeld实验室的研究助理教授Sigal Lechno-Yossef说:“该基因在蓝细菌的许多分类学类别中都有分布。其中包括各种单细胞和多细胞的丝状物种。”

蓝细菌ALC的功能仍然未知。科学家试图在试管中混合来自模型蓝藻费氏杆菌双歧杆菌的ALC和来自同一生物体的抑制的Rubisco。ALC并没有缓解rubisco受到小分子抑制的麻烦。

但是,在细胞中,蛋白质在物理上接近rubisco,就像它的植物对应物一样。这是列奇诺-约瑟夫(Lechno-Yossef)认为他们可以一起工作的原因之一。

Lechno-Yossef说:“我们也有生物信息学证据表明ALC与rubisco在蓝细菌中一起进化。这一发现进一步支持了这两种蛋白之间的相互作用。”

那么,如果ALC不能解除对rubisco的阻止,它会做什么?

Lechno-Yossef说:“我们看到ALC导致rubisco蛋白聚集。”“这种功能类似于另一种蓝细菌蛋白的功能,已知该蛋白可促进Rubisco调节并在细胞中定位。”

也有证据表明ALC帮助其宿主检测CO2含量,以调节光合作用速率。当研究小组在实验室蓝细菌中删除ALC基因时,该生物体的生长并未发生显着变化。(在植物中,删除类似的Rubisco激活酶会导致它们饿死碳(一种至关重要的营养素))。

但是,那些相同的菌株在富含CO2的环境中生长时会发生形态变化。

这项新研究为生物技术领域带来了希望。在植物中,rubisco激活酶是许多研究的重点,作为提高rubisco性能的努力的一部分。改善Rubisco可使植物具有更高的营养含量和更高的农作物产量。但是到目前为止,这种努力没有得到回报。

Lechno-Yossef说:“蓝细菌研究人员还希望通过光合作用提高能量产量。”“目标是重新连接蓝细菌的光合作用机器,以生产可再生能源化合物或材料,用于医药或工业。”

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