定向进化改造Rubisco溶解性与催化开关提升植物生产力的研究

来自国际团队的研究人员通过定向进化技术筛选植物Rubisco突变体，成功鉴定出可增强CO2固定能力（kcatc提升25%-40%）和溶解度（生物合成效率提高2-10倍）的关键突变位点（M116L/A242V）。将突变引入烟草叶绿体基因组后，携带低丰度拟南芥Rubisco M116L突变的植株生长速率显著提升75%，A242V突变则使酶产量和植株生长同步增加50%。该研究为作物光合效率改良提供了新策略。

　　

科研人员开发出一项突破性的实验室进化筛选系统，利用大肠杆菌(E. coli)平台成功捕获到能显著提升植物二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)性能的黄金突变。研究发现：位于大亚基催化中心的蛋氨酸-116-亮氨酸(M116L)突变堪称"分子加速器"，可使不同植物来源Rubisco的羧化周转率(k_cat^c)飙升25%-40%；而丙氨酸-242-缬氨酸(A242V)突变则化身"折叠助手"，将酶在细菌中的生物合成效率提升2-10倍。

通过叶绿体基因组转化技术将这两个明星突变引入烟草后出现了有趣现象：虽然天然烟草Rubisco改造后未见明显变化，但搭载拟南芥Rubisco M116L突变的工程植株却展现出75%的爆发式生长加速，A242V突变体更是实现酶产量与植株生长的双50%提升。这项研究犹如打开潘多拉魔盒，证明植物Rubisco仍蕴藏着巨大的进化潜力，为设计"超级光合作物"提供了诱人的分子开关。