Nature Plants | 加州大学最新研究从微生物中发现植物进化的缺失环节！
Rubisco是地球上最丰富的酶。存在于植物、蓝藻和其他光合生物体中，它是碳固定过程的核心，是地球上最古老的固碳酶之一。它是生产食物的主要动力，它可以从大气中吸收二氧化碳，并将其固定为糖，供植物和其他光合生物体使用。它是以这种方式将碳输入生命的主要驱动酶。在24亿年前，蓝藻通过光合作用产生氧气，改变了地球的大气层。Rubisco与这一古老事件的联系使其对研究生命进化的科学家来说非常重要。
近日发表在Nature Plants杂志上的一项题为“Novel bacterial clade reveals origin of form I Rubisco”研究中，来自加州大学和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员报告说，他们发现了一种以前未知的I型rubisco的姐妹支系，认为这种姐妹支系是在蓝藻进化之前从I型rubisco分化出来的。这种新型的Rubisco称为I-prime rubisco，是通过环境样本的基因组测序发现的，并在实验室中合成。形式I-prime rubisco使研究人员对I型rubisco的结构进化有了新的认识，有可能为探究这种酶如何改变地球提供线索。
I型rubisco负责地球上绝大部分的碳固定。但在细菌和古菌的微生物群落中也存在其他形式的rubisco。这些rubisco变体有不同的形状和大小，甚至缺乏小亚基，然而它们仍然在发挥作用。理解I型rubisco如何进化的本质是了解小亚基的进化，这是目前唯一知道的rubisco形式，它使这种大亚基的八聚体组装成为可能。研究人员在对地下水样本进行宏基因组分析后，发现了新的rubisco变体。
我们对周围世界存在什么样的微生物几乎一无所知，因此绝大多数的微生物都是看不见的。研究人员在实验室中用大肠杆菌成功表达了I-prime rubisco，并研究了其分子结构。I-rubisco由8个核心大分子亚单位构建而成，8个小亚单位盘踞在顶部和底部。每一个结构对光合作用和碳固定都很重要。与I 型rubisco一样，I-prime rubisco也是由8个大亚单位构建的。然而，它并不具备以前认为必不可少的小亚基。发现一种没有小亚基而形成的八聚体rubisco，使研究人员能够提出进化问题，即如果没有小亚基所赋予的功能，生命会是什么样子，具体来说他们发现在没有小亚基的情况下，I 型rubisco必须进化出强化的相互作用，这使得其在地球大气迅速变化的时候保持结构稳定。
根据研究人员的说法，I-Prime rubisco代表了进化史上的一个缺失环节。由于I-rubisco将无机碳转化为植物生物质，因此对其结构和功能的进一步研究可能导致农业生产的创新。虽然人们对工程化'更好'的rubisco有很大的兴趣，但几十年来的研究几乎没有成功，因此，了解该酶如何在数十亿年的时间里进化，可能会为未来的工程研究提供关键的见解，最终可以提高作物的光合生产力，为植物进化和育种提供新的启示。