研究人员将植物蛋白机制引入细菌助力推进50年努力

澳大利亚国立大学(ANU)的一个团队通过添加来自植物叶绿体的多种成分来改变细菌的蛋白质折叠特性。这一成就使研究人员能够更详细地研究叶绿体蛋白质，并找到更快增强其功能的解决方案，这是50年来的目标。

由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校领导的RIPE，或实现提高的光合效率，正在通过改善光合作用来提高作物的生产力，光合作用是所有植物用来将阳光转化为能量和产量的自然过程。RIPE得到比尔及梅琳达盖茨基金会、食品与农业研究基金会以及英国外交、联邦与发展办公室的支持。

这项工作的目的是了解和改进Rubisco，Rubisco是植物叶绿体中的一种蛋白质，可在光合作用过程中启动将大气中的二氧化碳固定为糖类。与光合作用中的许多其他蛋白质不同，Rubisco速度缓慢，需要大量“伴侣”才能正常运作。

过去几十年的研究已经确定了大部分(可能是所有)这些合作伙伴。这为科学家们提供了新的能力来研究和加速大肠杆菌中的植物Rubisco，通常称为大肠杆菌——一种在环境、食物和人体肠道中发现的细菌——以及一种常用于科学中以更快地研究蛋白质的宿主。

在《实验植物学杂志》上发表的一篇新文章中，澳大利亚国立大学团队展示了一种强大的、基因模块化的大肠杆菌表达工具的实用性。这项工作建立在ManajitHayer-Hartl实验室开发的类似表达工具的基础上，以提供一个更适合提高Rubisco效率的新系统。

“组装这种新的细菌生物工程策略并比较其相对于天然叶绿体的效率是一项长期挑战，”澳大利亚国立大学生物学研究学院教授惠特尼说。“值得庆幸的是，这项新技术现在为我们提供了前所未有的实验吞吐量，几天之内即可获得结果，而不是我们使用植物转基因技术进行的缓慢而昂贵的传统测试方法需要几个月的时间。”

虽然这种新的大肠杆菌Rubisco生物工程系统需要进行额外的设计调整以调整其与不同作物的兼容性，但Whitney相信他们的研究为能够调整Rubisco活性提供了一个关键的转折点。

“我们现在可以应用DirectedEvolution的蛋白质优化工具，我们已经使用该工具来加速许多不同非植物形式的CO2固定率，以种植Rubisco，”Whitney说。“一旦我们做到了这一点，我们就可以引入所需的变化，通过基因编辑来加速作物中的Rubisco。然后我们将看到光合作用性能的好处以及对植物生长和产量的影响。”