科学家在蓝藻中发现了一种新的酶功能，可以促进作物更好地捕获碳，从而有可能增加粮食产量并增强气候适应能力。
研究人员发现了一种被描述为「隐藏在大自然蓝图中」的关键酶的机制，阐明了细胞如何控制碳固定的关键过程，这是地球生命的基本过程。
这一发现可以帮助设计能够更有效地从大气中吸收二氧化碳的气候适应作物，从而有助于在此过程中生产更多食物。这一突破是由澳大利亚国立大学（ANU）和纽卡斯尔大学（UoN）的科学家取得的。
这项研究于 5 月 10 日发表在【科学进展】杂志上，展示了一种名为羧基体碳酸酐酶 (CsoSCA) 的酶的一种以前未知的功能，这种酶存在于蓝细菌（也称为蓝绿藻）中，可以最大限度地提高微生物的提取能力来自大气的二氧化碳。
蓝藻以其在湖泊和河流中有毒的繁殖而闻名。但这些蓝绿色的小虫子分布广泛，也生活在世界各地的海洋中。
尽管它们可能对环境造成危害，但研究人员将它们描述为「微小的碳超级英雄」。通过光合作用过程，它们每年捕获世界约 12% 的二氧化碳，发挥着重要作用。
蓝细菌是一组光合细菌，通常被称为「蓝绿藻」，尽管它们是原核生物而不是真正的藻类。这些生物体存在于从海洋到淡水到裸露岩石的各种水生和陆地环境中。蓝藻以其进行产氧光合作用的能力而闻名，这意味着它们会像植物一样产生氧气作为副产品。这个过程对于地球上的生命至关重要，因为它极大地促进了大气中氧气的产生。
来自澳大利亚国立大学的第一作者、博士研究员 Sacha Pulsford 描述了这些微生物在捕获碳方面的效率如何非常高。
「与植物不同，蓝藻有一个称为二氧化碳浓缩机制（CCM）的系统，这使得它们能够固定大气中的碳并将其转化为糖，其速度比标准植物和农作物物种要快得多，」普尔斯福德女士说。
CCM 的核心是称为羧基体的大型蛋白质区室。这些结构负责隔离二氧化碳、容纳 CsoSCA 和另一种称为 Rubisco 的酶。
CsoSCA 和 Rubisco 酶协同工作，证明了 CCM 的高效性质。 CsoSCA 的作用是在羧基体内产生局部高浓度的二氧化碳，然后 Rubisco 可以将其吞噬并转化为糖供细胞食用。
主要作者、来自北方大学的 Ben Long 博士说：「到目前为止，科学家们还不确定 CsoSCA 酶是如何控制的。我们的研究重点是解开这个谜团，特别是在全球发现的一大类蓝藻细菌中。我们的发现完全出乎我们的意料。
「CsoSCA 酶随着另一种称为 RuBP 的分子的节奏起舞，后者像开关一样激活它。
「把光合作用想象成做三明治。空气中的二氧化碳是填充物，但光合细胞需要提供面包。那是鲁BP。
「就像你需要面包来制作三明治一样，二氧化碳转化为糖的速度取决于 RuBP 的供应速度。
「CsoSCA 酶向 Rubisco 提供二氧化碳的速度取决于 RuBP 的含量。当有足够的量时，酶就会启动。但如果细胞中的 RuBP 耗尽，酶就会关闭，从而使系统高度调谐且高效。
「令人惊讶的是，CsoSCA 酶一直嵌入在大自然的蓝图中，等待被发现。」
科学家们表示，对能够更有效地捕获和利用二氧化碳的作物进行改造，将大大提高作物产量，同时减少对氮肥和灌溉系统的需求，从而为农业提供巨大的推动力。
它还将确保世界粮食系统更能适应气候变化。
普尔斯福德女士说：「了解 CCM 的工作原理不仅丰富了我们对地球生物地球化学基础的自然过程的了解，还可以指导我们为世界面临的一些最大的环境挑战制定可持续的解决方案。」
