Nature：光合作用还可以更上一层楼

植物和藻类通过光合作用，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物并释放出氧气。这个精妙的过程对于生物界的几乎所有生物来说都是至关重要和不可或缺的。

现在科学家们发现，许多植物的光合作用还可以更上一层楼。他们通过基因工程，构建了能够更快转化二氧化碳的烟草，这是提高农作物光合作用效率的重要一步。

随着世界人口的不断膨胀，提高农作物的产量日益紧迫。这项研究克服了限制作物产量的一个巨大障碍，相关论文发表在九月十八日的Nature杂志上。

Rubisco是光合作用中决定碳同化速率的关键酶，人们一直希望通过靶标这种酶来提高作物产量。Rubisco是世界上丰度最高的蛋白之一，占叶片可溶性蛋白的一半。植物生产这么多Rubisco是为了补偿它较低的催化效率。有人估计，改良Rubisco和提高周围二氧化碳浓度，可以将水稻和小麦的产量提高60%。

康奈尔大学的植物遗传学家Maureen Hanson决定借用一种更快的Rubisco酶，这种酶来自于蓝藻（Synechococcus elongatus）。

研究团队将细菌Rubisco基因引入烟草（Nicotiana tabacum）的叶绿体基因组，叶绿体是负责光合作用的细胞器，而烟草是基因工程研究常用的模式生物。研究人员构建了两种烟草，一种具有细菌Rubisco和相应分子伴侣（帮助Rubisco正确折叠），另一种具有细菌Rubisco和为其提供结构支持的蛋白。研究显示，这两种烟草都能利用细菌Rubisco进行光合作用，其种的Rubisco比普通烟草少，而碳同化速度比普通烟草快。

尽管细菌Rubisco比烟草Rubisco快，但它也更容易与氧反应，造成能量浪费。为了解决这个问题，细菌演化出了被称为羧酶体的特殊结构，该结构可以为Rubisco创造富含CO2的环境。

由于羧酶体缺失，目前Hanson构建的烟草必须生长在人工环境下，以便维持高浓度的CO2。不过，这个问题应该很快就能得到解决。六月份，Hanson团队已经构建了能生成类似羧酶体结构的烟草。下一步，是将这一技术应用到拥有细菌Rubisco的烟草中。