北大生科院王忆平课题组在生物固氮研讨范畴再
来源:嘴炮网 发表于2019-07-23 17:30:18 编辑:李书福
摘要: 存在于原核微生物中的固氮酶体系极端杂乱,需求一系列,往往十几乃至几十个基因参加调控及其和谐表达才干完成其功用。一起,生物固氮进程是一个高

存在于原核微生物中的固氮酶体系极端杂乱,需求一系列,往往十几乃至几十个基因参加调控及其和谐表达才干完成其功用。一起,生物固氮进程是一个高能耗的进程,需求耗费很多的ATP和复原力。这些要素都是将固氮酶体系导入植物细胞,完成植物自主固氮所需求面对和处理的难题。

王忆平课题组长时间致力于生物固氮的研讨。在前期研讨中,王忆平课题组将组成生物学办法和理念应用到生物固氮研讨中,并现已取得了突破性发展。如,他们成功的以方式微生物大肠杆菌为底盘(Chassis),在大肠杆菌中重构了产酸克雷伯菌(Klebsiella oxytoca)的钼铁固氮酶体系(Wang et al. 2019, PLoS ONE)、棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)的铁铁固氮酶体系,而且证明在不丢失固氮酶活的前提下,重组的铁铁固氮酶体系最少只需求10个基因即可在大肠杆菌中固氮(Yang et al. 2019, PNAS)。这两个重构固氮酶体系的树立,为生物固氮研讨供应了快捷的遗传操作渠道,极大的推进了生物固氮的研讨。

 

 

 

鉴于植物不同细胞器往往起源于微生物,世界上普遍认为比较合适将固氮酶体系导入的植物靶细胞器包含叶绿体、白体及线粒体等。因而展开不同固氮酶体系与这些潜在宿主靶细胞器华夏有功用元件(Functional Component)之间的适配性研讨,是终究完成植物自主固氮的重要过程。

 

 

在本研讨中,王忆平课题组首要经过引入了体系生物学以及组成生物学模块化(Modularity)理念,将以上重构的钼铁及铁铁两个固氮酶体系别离划分为三个功用性模块:电子传递链模块(Electron Transport Chain Module)、金属原子簇模块(Metal Cluster Biosynthesis Module)及固氮酶中心模块(“Core” Enzyme Module)。继而运用组成生物手法,在大肠杆菌中重构了植物靶细胞器的电子传递链模块。电子传递链模块替换试验结果标明,来历于植物叶绿体和白体的电子传递链模块能够别离有用的代替钼铁及铁铁固氮酶体系中担任电子传递的原始模块,为这两个固氮酶体系供应底物复原所需的复原力;而来历于植物线粒体的电子传递模块不能为以上两个固氮酶体系供应底物复原所需复原力;进一步研讨标明,这一问题能够经过将线粒体来历的电子传递链组分与固氮酶电子传递链组分构成功用性的杂合电子传递链模块而得到处理。该研讨成果,一方面处理了固氮酶体系转入植物靶细胞器后,复原力供应的问题;另一方面进一步减少了需求导入植物细胞器的固氮酶体系基因数目(如:铁铁固氮酶体系将最少只需求8个基因)。别的,植物叶绿体中的电子传递链模块为植物光合作用中复原力分配的中心组件,该研讨为光合作用和生物固氮相偶联供应了新的思路(见附图),以完成植物自主固氮这一终极目标有着极端重要的指导意义。

 

附图: 固氮酶体系导入植物细胞器潜在电子供应示意图。图内实线标明为植物靶细胞器内固有的组分,虚线标明为外源导入的组分

 

该研讨以“Modular electron-transport chains from eukaryotic organelles function to support nitrogenase activity”为题,于2019年2月13日以长文方式在线宣布在世界闻名学术期刊PNAS(美国科学院院刊)。王忆平课题组的博士后杨建国和博士生谢夏青为文章的一起榜首作者,英国JIC研讨中心Ray Dixon教授和北京大学生命科学学院王忆平教授为该研讨论文的一起通讯作者。该研讨工作得到了国家自然科学基金,科技部国家973要点基础研讨发展计划,蛋白质与植物基因研讨国家要点试验室,英国生物科学与生物技术研讨基金会的赞助。

 

修改:拉丁

 

北大生科院王忆平课题组在生物固氮研讨范畴再次获得突破性发展

 

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北大生科院王忆平课题组在生物固氮研讨范畴再次获得突破性发展

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