許平團(tuán)隊揭示光合效率提高的電子鏈重構(gòu)機(jī)制
近期，國際著名學(xué)術(shù)期刊《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed.)以封面文章形式發(fā)表了上海交通大學(xué)微生物代謝國家重點(diǎn)實驗室許平教授團(tuán)隊在微生物光合作用研究方面的最新進(jìn)展“Remodeling of the photosynthetic chain promotes direct CO2 conversion into valuable aromatic compounds”。這是許平教授團(tuán)隊在利用藍(lán)藻光合生產(chǎn)C3平臺化合物（Green Chemistry, 2015, 17, 3100–3110）和天然產(chǎn)物（Green Chemistry, 2016, 18, 3537–3548）之后，在利用溫室氣體二氧化碳生產(chǎn)化學(xué)品研究方面的又一重要突破。
圖1 Angew. Chem. Int. Ed. 雜志封面
光合效率對于食品安全、能源供給和氣候變化至關(guān)重要。盡管在光合微生物藍(lán)藻中的一些人工代謝陷阱可以改善光合作用，但是這些代謝陷阱對于光合電子傳遞鏈的影響方式還未被闡明。同時，藍(lán)藻中包括莽草酸途徑在內(nèi)的一些低流量途徑的可塑性還未進(jìn)行研究。這個工作選擇苯乙醇作為目標(biāo)產(chǎn)物，該物質(zhì)是一種重要的玫瑰香味香料和理想的助燃劑。通過在藍(lán)藻中引入苯乙醇合成途徑和人工解反饋抑制模塊，31.5%的光合固定碳被重定向至莽草酸途徑，用于苯乙醇和芳香氨基酸的合成。在這個過程中，基因工程藍(lán)藻的氧氣釋放和碳固定效率分別提高了29.9%和68.7%。轉(zhuǎn)錄組的研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻的碳吸收和固定途徑被上調(diào)，同時電子傳遞鏈上的不同組分發(fā)生了較大變化，從而揭示出電子傳遞鏈的重構(gòu)機(jī)制。這種電子鏈的重構(gòu)使得光能補(bǔ)獲和電子傳遞效率得以提高，同時避免了能量的耗散。這個研究不僅為芳香化合物的生產(chǎn)提供了新的技術(shù)，更為重要的是，這對于光合電子鏈的可塑性提出了新的認(rèn)知，為提高植物光合效率和人工光合自養(yǎng)體系設(shè)計提供了指導(dǎo)。
圖2 左：苯乙醇人工合成途徑示意圖；右：碳代謝和光合電子鏈的可塑性
博士后倪俊，博士生劉洪玉和副研究員陶飛為論文的共同第一作者。該項研究工作得到上海市青年科技英才揚(yáng)帆計劃、中國博士科學(xué)基金特別資助和國家自然科學(xué)基金等項目的資助。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201812727
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