叶绿体中可转化Rubisco大小亚基来产生同质新型Rubisco（2020.7.21 植物科学SCI）

Rubisco由于其缓慢的羧化速率被认为是低效率的催化，并且通过光呼吸被O2竞争性抑制。为了减轻Rubisco造成的光合损失，大量的研究集中于整合C3作物叶绿体中的二氧化碳浓缩机制，以最大限度地提高固碳效率。再者一個可行的策略是对Rubisco本身进行工程改造。工程改造Rubisco以增强光合作用的一大挑战是叶绿体基因rbcL和核基因RbcS位置的转换。

2020年7月6号，澳大利亚国立大学生物研究学院Spencer M.Whitney教授团队在The Plant Cell杂志上发表了题为“Modifying Plant Photosynthesis and Growth via Simultaneous Chloroplast Transformation of Rubisco Large and Small Subunits”的研究论文，该研究证明了清除烟草中的Rubisco小亚基核合成，在tobRrΔS底盘材料中可以通过叶绿体中转化Rubisco大亚基和小亚基来实现在整个植物中的生产新型同质Rubisco复合物，利用合成生物学来进行光合研究。

作者开发一个RNAi-RbcS烟草（tobRrΔS）体系，通过叶绿体转化rbcL-rbcS操纵子，用于植物生产同质Rubisco。四种类型的编码rbcS和5‘端基因间序列显示，在使用rbcS编码序列以及与rbcL匹配的5‘UTR序列的转化品系中，Rubisco产量最高（50%的野生型）。此外，烟草中转入不同的马铃薯（Solanum tuberosum）rbcL-rbcS操纵子【这些操纵子编码三个叶肉小亚基（pS1、pS2、pS3）中的一个】，或者是编码马铃薯毛状体的pST-亚基。与转入pS1、pS2或pST的品系相比，pS3-亚基对马铃薯Rubisco的生产造成了约15%的损害。然而，通过在Asn-55-His和Lys-57-Ser上的改造pS3亚基，其羧化率提高了13%，羧化效率（CE）提高了17%。含有马铃薯pST-亚基的Rubisco品系对烟草光合作用和生长的影响最大，使CE和CO2/O2特异性分别降低了40%和15%。

综上，本研究将rbcS基因转入到植物质体中，此研究为在整个植物中引入新的同质Rubisco复合物提供了一个有效的生物工程改造策略。