利物浦大學的科學家們揭示了關于藍細菌如何構建細胞器的新見解，而細胞器對于它們的光合作用能力至關重要。與中國科學技術大學合作進行的這項研究已在PNAS上發(fā)表。

藍細菌是一群古老的光合微生物，存在于海洋和大多數(shù)內陸水域。他們已經(jīng)進化出一種蛋白質細胞器，稱為羧基小體，可以有效地將環(huán)境中的二氧化碳轉化為糖。

這種轉化的關鍵步驟是固碳酶Rubisco催化。但是，Rubisco的“設計”很差，因為當周圍高水平的O2時，Rubisco不能有效地固定CO2。藍細菌羧化酶將Rubisco酶隔離并濃縮在分離的隔室內，并為Rubisco提供低O2的環(huán)境以改善碳固定。

利物浦大學教授，該論文的資深作者劉寧說：“藍細菌細胞如何產(chǎn)生復雜的羧基體結構并在細胞器中堆積Rubisco酶以具有生物學功能是一個謎。”“我的研究小組有興趣解決這一生物學過程中的關鍵問題。”

Rubisco復合物的形成涉及一些稱為伴侶蛋白的“輔助”蛋白質，其中包括一種名為Rubisco裝配因子1(Raf1)的蛋白質。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，例如共聚焦熒光顯微鏡，電子顯微鏡和低溫電子顯微鏡，并結合了分子生物學和生化技術來研究Raf1如何與Rubisco相互作用。亞基可促進Rubisco的裝配，以及當細胞不產(chǎn)生Raf1時如何影響羧基體的形成。

研究人員證明Raf1對建立Rubisco復合物至關重要。沒有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部。這可能極大地影響羧基體的構建并因此影響藍細菌細胞的生長。

“這是我們首次確定Rubisco裝配伴侶在藍細菌細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，他是本文的第一作者。“我們對這一發(fā)現(xiàn)感到非常興奮。它還使我們能夠提出一個新的羧基體生物發(fā)生工作模型，該模型詳細地告訴我們Rubisco復合物是如何產(chǎn)生的，Raf1如何驅動Rubisco堆積以及如何構建整個羧基體結構。”

當前，對將羧基體轉移到農(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。這項研究可能會提供生產(chǎn)完整的功能性固碳機械所需的重要信息。