В новом исследовании, опубликованном в Журнале биологической химии, исследователи сообщают о новой стратегии скрининга, которая позволила им впервые идентифицировать гораздо более эффективную форму фермента Рубиско, который катализирует первый этап фиксации углекислого газа в пути. к созданию растительной биомассы в процессе фотосинтеза.«Хотя Рубиско — самый распространенный и, возможно, самый важный фермент на нашем растении, он, возможно, не был лучшим моментом эволюции. Рубиско эволюционировал, когда кислород отсутствовал в атмосфере, и в результате ему не пришлось учиться различать живые существа. поддержание молекул углекислого газа и молекул кислорода, которые создают токсичное соединение, на переработку которого расходуется энергия растений », — сказал Дон Орт, заместитель директора отдела реализации повышения эффективности фотосинтеза (RIPE), который поддержал эту работу.
Орт — физиолог из отдела исследований фотосинтеза USDA / ARS и профессор Роберта Эмерсона биологии растений и растениеводства в Институте геномной биологии Карла Р. Вёза при Университете Иллинойса.«Мы показали, что можем улучшить эффективность Рубиско, его способность отличать углекислый газ от кислорода — это настоящая ажиотаж», — сказал ведущий автор Спенсер Уитни, доцент Австралийского национального университета. «Наш Rubisco быстрее и имеет более высокое сродство к углекислому газу. В прошлом на это требовалось около двух недель, но наша новая система скрининга сократила это время более чем вдвое».Используя направленную эволюцию, часто описываемую как эволюция в пробирке, команда проверила 250 000 мутантов Rubiscos из цианобактерий в бактериях E. coli, созданных таким образом, что их выживание зависит от эффективности фермента. «Искать ответы на вопросы о том, как улучшить Rubisco, все равно что искать иголку в стоге сена», — сказала Уитни. «Прелесть этой системы в том, что она позволяет нам избавиться от всех этих кусков сена».
Восемнадцать мутантов Рубиско пережили скрининг, одиннадцать из которых оказались гораздо более эффективными в связывании углекислого газа. Они обнаружили, что эти мутации локализованы в специфической, ранее не исследованной области цианобактерии Rubisco.
Теперь они надеются внести аналогичные изменения, чтобы улучшить урожай Рубиско и увеличить их рост и урожайность.