视频 | 通过叶绿体助力减碳？上海科学家攻破世界性难题

北京时间今天凌晨，国际顶级学术期刊《细胞》在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心张余研究团队携手国内合作者完成的封面文章，该研究解析了叶绿体基因转录机器的冷冻电镜结构，揭示了叶绿体基因转录机器的“装配部件”、“装配模式”和“功能模块”。

叶绿体是植物细胞中的一个特殊细胞器，通过光合作用将光能转化为化学能，为地球生命提供了能量和氧气。如果能够提高光合作用的效率，植物就能更高效地吸收二氧化碳，对于双碳目标而言，无疑将是一个全新的解决方案。

多年研究表明，转录叶绿体基因组的机器，在构建植物光合系统中发挥关键作用。然而了解其内部构造，是科学界一直尝试破解的世界性难题。历时近8年努力，张余团队在一次偶然的学术交流中，发现了破题的解决方案。

中国科学院分子植物卓越中心党委副书记（主持工作）、副主任、研究员张余在采访中表示：“我们也是做了好多种尝试，最后是和我们的合作者一起，在烟草的叶绿体编码RNA聚合酶基因的后面，给它加上了一个能够用于蛋白纯化的一个小标签，这样的话，我们就可以用蛋白亲和纯化的方式，把叶绿体里面量这么少的复合物，去给它像钓鱼一样把它钓出来。”

这些看似普通的烟草植物，正是此次研究成果使用的关键原料。张余团队发现，叶绿体基因转录机器是目前已知最复杂的基因转录机器，一共具有20个“装配部件”，组成了5个功能模块，在调控转录过程中也各有分工。

在中国科学院分子植物卓越中心主任、中国科学院院士韩斌看来，这是一项教科书级的工作。“这绝对是世界级的工作，将来要写入教科书的，教科书在这块是空白的。这些知识的转化应用，怎么改造这些东西，提高更高的光效，都有好的路径了，这是基础研究最大的作用。”

如何利用好这些研究成果？科研人员解释，叶绿体可以被看作一个工厂，其中进行的化学反应可谓热火朝天。在了解相关的构造和功能之后，进行有针对性的改造，有效助力植物高效实现碳达峰、碳中和的双碳目标。

“比如光合作用积累到了一定程度，它里面的那些超氧离子到了一个很高的程度了，这时候它就想，我要有一个保护机制。以前我们不知道它（模块）在什么地方那个，现在我们知道了，包括它怎么工作的，我们就可以去改造。”中国科学院分子植物卓越中心副主任、研究员王佳伟说。

据了解，该研究成果还将在合成生物学应用层面，为植物叶绿体生物反应器的效率提升提供了着手点，助力重组疫苗、重组蛋白药物、和天然产物的生产。