研究发现世界上最多产的二氧化碳固定酶正在慢慢变得更好

牛津大学领导的新研究发现，卢比斯科(一种为地球上所有生命提供燃料的酶)毕竟没有陷入进化困境。对Rubisco进行的最大规模的分析发现，它一直在进步——只是非常非常缓慢。这些见解可能会开辟加强粮食安全的新途径。

论文“Rubisco正在进化以提高植物中的催化效率和CO2同化”，已发表在《美国国家科学院院刊》上。

地球上最丰富的酶Rubisco在过去30亿年里一直为地球上的生命提供能量。虽然Rubisco每年固定数十亿吨CO2，​​但众所周知，这种酶的效率很低。这造成了一个生物学悖论，几十年来一直困扰着研究人员。为什么30亿年来一直为生命提供燃料的酶在履行其职责方面却表现不佳?许多植物科学家一直在争论这种酶是否陷入了“进化的窠臼”，使其不可能变得更好。

但牛津大学的新研究表明，rubisco正在不断改进，但这种改进的速度非常缓慢。

主要作者JacquesBouvier(牛津大学生物系博士生)表示：“我们的研究首次证明，进化正在持续改进rubisco，并且进一步改进该酶是可能的。重要的是，这一见解提供了新的见解。对设计酶以帮助养活世界的努力持乐观态度。”

研究人员分析了多种光合生物的Rubisco基因序列，并首次量化了Rubisco的进化速率。他们发现，其序列每90万年仅发生一个DNA碱基变化，以微小的增量发生变化，这与COVID-19基因组形成鲜明对比，后者每两周发生一个碱基变化。这使得rubisco成为地球上进化最慢的基因的1%。

尽管变化速度缓慢，研究人员发现酶正在利用这种进化来更好地固定CO2。作者还发现，这种缓慢改善的CO2固定作用导致光合作用的改善;植物正在不断进化，以更好地将CO2转化为糖，但改进速度如此缓慢，以至于看起来像是冻结的。

几十年来，科学家们一直渴望设计一种改进的Rubisco，以促进农作物的生长和产量。但尽管付出了很多努力，成功仍然有限，许多人想知道rubisco是否已经优化，使得这些尝试徒劳无功。然而，这项研究的见解带来了新的希望。特别是，解开阻碍rubisco进化速度的谜团可能会发现提高作物产量的新方法。

JacquesBouvier补充道：“由于rubisco吸收了为地球上的生命提供燃料的糖，因此改进这种酶是帮助应对粮食不安全的最有希望的途径之一。对于这种酶是否有改进的余地，人们一直在激烈争论;我们的新产品研究为这个问题提供了明确的答案。如果进化可以改善Rubisco，我们也可以!”

资深作者史蒂文·凯利教授(牛津大学生物学系)说：“我们已经证明，rubisco并没有被及时冻结，而是不断进化以变得更好。我们现在需要了解阻碍rubisco的因素，以便能够实现这一目标。”让我们认识到它的真正潜力。”

这一新见解为旨在通过Rubisco工程提高粮食、纤维和燃料作物产量的努力提供了鼓励。改善rubisco可能是满足全球不断增长的人口粮食需求的关键。

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