科学家们在蓝藻细菌中发现了一种新的酶功能，这种酶可能会导致更好的碳捕获作物，有可能增加粮食产量并增强气候适应能力。来源:SciTechDaily.com
研究人员发现了一种被描述为“隐藏在大自然蓝图中”的关键酶的机制，阐明了细胞如何控制碳固定的关键过程，这是地球上生命的基础过程。
这一发现可能有助于设计出能够更有效地从大气中吸收二氧化碳的气候适应性作物，从而在此过程中帮助生产更多的食物。这一突破是由澳大利亚国立大学(ANU)和纽卡斯尔大学(UoN)的科学家们取得的。
这项研究发表在5月10日的《科学进展》杂志上，展示了一种名为羧体碳酸酐酶(CsoSCA)的酶的一种以前未知的功能，这种酶存在于蓝藻细菌中，也被称为蓝绿藻，它可以最大限度地提高微生物从大气中提取二氧化碳的能力。
蓝藻通常以其在湖泊和河流中的有毒繁殖而闻名。但这些蓝绿色的小虫子分布广泛，也生活在世界的海洋中。
尽管它们会对环境造成危害，但研究人员将它们描述为“微小的碳超级英雄”。通过光合作用，它们在每年捕获约12%的全球二氧化碳方面发挥着重要作用。
蓝藻是一组光合细菌，通常被称为“蓝绿藻”，尽管它们是原核生物，而不是真正的藻类。这些生物广泛存在于水生和陆地环境中，从海洋到淡水再到裸露的岩石。蓝藻以其进行含氧光合作用的能力而闻名，这意味着它们产生氧气作为副产品，类似于植物。这个过程对地球上的生命至关重要，因为它极大地促进了大气中氧气的产生。
来自澳大利亚国立大学的第一作者和博士研究员Sacha Pulsford描述了这些微生物在捕获碳方面的惊人效率。
“与植物不同的是，蓝藻有一种被称为二氧化碳浓缩机制(CCM)的系统，这使得它们能够将大气中的碳固定下来，并以比标准植物和作物物种快得多的速度将其转化为糖，”普雷福德说。
CCM的核心是被称为羧酸体的大型蛋白质隔室。这些结构负责隔离二氧化碳，容纳CsoSCA和另一种称为Rubisco的酶。
酶CsoSCA和Rubisco协同工作，证明了CCM的高效性质。CsoSCA的作用是在羧基体内产生高浓度的二氧化碳，然后Rubisco可以将其吞噬并转化为细胞食用的糖。
该研究的主要作者、来自英国大学的本·朗博士说:“到目前为止，科学家们还不确定CsoSCA酶是如何被控制的。我们的研究重点是解开这个谜团，特别是在全球范围内发现的主要蓝藻群中。我们的发现完全出乎意料。
“CsoSCA酶与另一种叫做RuBP的分子一起跳舞，RuBP像开关一样激活它。
“把光合作用想象成制作三明治。空气中的二氧化碳是填充物，但光合作用细胞需要提供面包。这是RuBP。
“就像你需要面包来做三明治一样，二氧化碳转化为糖的速度取决于RuBP的供应速度。
“CsoSCA酶向Rubisco提供二氧化碳的速度取决于RuBP的含量。当足够多的时候，酶就会被激活。但如果细胞的RuBP耗尽，酶就会被关闭，使系统高度调节和高效。
“令人惊讶的是，CsoSCA酶一直嵌入在大自然的蓝图中，等待被发现。”
科学家们说，能够更有效地捕获和利用二氧化碳的工程作物将极大地提高作物产量，同时减少对氮肥和灌溉系统的需求，从而极大地推动农业发展。
这也将确保世界粮食系统更能适应气候变化。
普勒斯福德女士说:“了解CCM的工作原理不仅丰富了我们对地球生物地球化学基础自然过程的认识，而且还可能指导我们为世界面临的一些最大的环境挑战创造可持续的解决方案。”
参考文献:“蓝细菌α-羧基体碳酸酸酶受Rubisco底物RuBP的变变调节”，作者:Sacha B. Pulsford, Megan A. Outram, Britta F?rster, Timothy Rhodes, Simon J. Williams, Murray R. Badger, G. Dean Price, Colin J. Jackson和Benedict M. Long, 2024年5月10日，Science Advances。DOI: 10.1126 / sciadv.adk7283
