【背景及挑戰(zhàn)】
當今地球上大多數(shù)無機碳固定過程都依賴于核糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubiscos）與氧合光合作用的結(jié)合。Rubiscos最先起源于無氧環(huán)境，要早于有氧光合作用的出現(xiàn)，準確來說，Rubiscos的發(fā)展是氧合光合作用進化的重要基礎(chǔ)。隨著有氧光合作用的出現(xiàn)和進化，Rubiscos會不可避免的被暴露于催化過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物分子氧的環(huán)境中。盡管用于光合作用和碳固定的確切策略在生物體中都各不相同，但對于所有的需氧型光養(yǎng)生物，尤其是藻類和植物，都會涉及到利用高特異性的Rubiscos。雖然科學(xué)家們進行了許多的研究和推測，但目前對于Rubisco究竟是如何以及何時進化出高特異性的仍然是個未解之謎。
【最新突破】
近日，來自德國馬克斯·普朗克陸地微生物研究所的Georg K. A. Hochberg團隊利用祖先序列來重建和復(fù)現(xiàn)I型Rubiscos的進化過程，為揭示Rubisco的進化之謎提供了新的見解。
圖1 Rubisco在進化過程中的結(jié)構(gòu)功能
【研究要點】
1) 研究者通過使用祖先序列重構(gòu)進化過程，證實了Rubisco是通過在出現(xiàn)大氣氧之前形成一個輔助亞基來提高其特異性和羧基化效率；
2) 利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生化分析方法，該研究追溯了這種輔助亞基是如何形成并演變?yōu)楸匦璧模_定了小型亞基形成的遺傳和結(jié)構(gòu)學(xué)原因，證實小型亞基會間接導(dǎo)致Rubisco特異性增加，并揭示了I型Rubiscos的溶解度依賴于小型亞基的方式；
3) 這項研究表明I型Rubiscos甚至在氧氣水平充足之前就已經(jīng)增強了對CO2的特異性結(jié)合，并揭示了Rubisco特異性的決定因素以及適應(yīng)環(huán)境氧氣水平上升的變化，為研究相互作用的功能提供了一個模型基礎(chǔ)。
圖2 Rubisco的溶解度和催化作用依賴于小型亞基
參考資料：
Georg K.A.H. et al. Evolution of increased complexity and specificity at the dawn of form I Rubiscos. Science (2022).
DOI: 10.1126/science.abq1416
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq1416
