葉綠體中可轉(zhuǎn)化Rubisco大小亞基來產(chǎn)生同質(zhì)新型Rubisco（2020.7.21 植物科學(xué)SCI）

Rubisco由于其緩慢的羧化速率被認(rèn)為是低效率的催化，并且通過光呼吸被O2競爭性抑制。為了減輕Rubisco造成的光合損失，大量的研究集中于整合C3作物葉綠體中的二氧化碳濃縮機(jī)制，以最大限度地提高固碳效率。再者一個(gè)可行的策略是對Rubisco本身進(jìn)行工程改造。工程改造Rubisco以增強(qiáng)光合作用的一大挑戰(zhàn)是葉綠體基因rbcL和核基因RbcS位置的轉(zhuǎn)換。

2020年7月6號，澳大利亞國立大學(xué)生物研究學(xué)院Spencer M.Whitney教授團(tuán)隊(duì)在The Plant Cell雜志上發(fā)表了題為“Modifying Plant Photosynthesis and Growth via Simultaneous Chloroplast Transformation of Rubisco Large and Small Subunits”的研究論文，該研究證明了清除煙草中的Rubisco小亞基核合成，在tobRrΔS底盤材料中可以通過葉綠體中轉(zhuǎn)化Rubisco大亞基和小亞基來實(shí)現(xiàn)在整個(gè)植物中的生產(chǎn)新型同質(zhì)Rubisco復(fù)合物，利用合成生物學(xué)來進(jìn)行光合研究。

作者開發(fā)一個(gè)RNAi-RbcS煙草（tobRrΔS）體系，通過葉綠體轉(zhuǎn)化rbcL-rbcS操縱子，用于植物生產(chǎn)同質(zhì)Rubisco。四種類型的編碼rbcS和5‘端基因間序列顯示，在使用rbcS編碼序列以及與rbcL匹配的5‘UTR序列的轉(zhuǎn)化品系中，Rubisco產(chǎn)量最高（50%的野生型）。此外，煙草中轉(zhuǎn)入不同的馬鈴薯（Solanum tuberosum）rbcL-rbcS操縱子【這些操縱子編碼三個(gè)葉肉小亞基（pS1、pS2、pS3）中的一個(gè)】，或者是編碼馬鈴薯毛狀體的pST-亞基。與轉(zhuǎn)入pS1、pS2或pST的品系相比，pS3-亞基對馬鈴薯Rubisco的生產(chǎn)造成了約15%的損害。然而，通過在Asn-55-His和Lys-57-Ser上的改造pS3亞基，其羧化率提高了13%，羧化效率（CE）提高了17%。含有馬鈴薯pST-亞基的Rubisco品系對煙草光合作用和生長的影響最大，使CE和CO2/O2特異性分別降低了40%和15%。

綜上，本研究將rbcS基因轉(zhuǎn)入到植物質(zhì)體中，此研究為在整個(gè)植物中引入新的同質(zhì)Rubisco復(fù)合物提供了一個(gè)有效的生物工程改造策略。