工程化本氏烟草中藻类蛋白核凝聚体的快速重建及激酶控制调节

蛋白核（pyrenoid）是一种存在于几乎所有藻类中的细胞器，其通过在 Rubisco 周围浓缩 CO2 来增强光合碳固定。将功能性蛋白核工程导入 C3 植物，是提升植物光合性能和产量的一条极具前景的途径。然而，由于缺乏可用于快速测试候选组分的植物平台，这一进展一直受到限制。在此，我们对 N. benthamiana 进行了工程改造，使其叶绿体 Rubisco 全酶与 C. reinhardtii 蛋白核蛋白相兼容。通过破坏 N. benthamiana 本土 RBCS 基因并以 C. reinhardtii RBCS2 进行互补，构建了一个 Rubisco 重组背景；在该背景下，瞬时表达 Rubisco 连接蛋白 EPYC1 即足以驱动 Rubisco-EPYC1 凝聚体的形成。与藻类蛋白核激酶 KEY1 共表达，通过在植物体内改变 EPYC1 的磷酸化状态，将多凝聚体状态转变为每个叶绿体仅含一个凝聚体的状态，从而重现了 C. reinhardtii 蛋白核的调控特征。综上，这些结果确立了工程化 N. benthamiana 作为一个可操作的平台，可用于快速表征候选蛋白核蛋白，并为在植物中重建蛋白核结构与调控奠定了基础。

蛋白核（pyrenoid）是几乎所有藻类中存在的一种细胞器，负责在 Rubisco 周围富集 CO2，以增强光合碳固定。将功能性蛋白核工程化导入 C4 植物是提高植物光合效率和产量的一条有前景的途径。然而，由于缺乏一个可快速测试候选组分的植物平台，该领域进展一直受限。本文中，我们对 N. benthamiana 进行了工程改造，使其叶绿体 Rubisco 全酶能够与 C. reinhardtii 的蛋白核蛋白相兼容。通过破坏内源性 N. benthamiana RBCS 基因，并以 C. reinhardtii RBCS2 进行互补，构建了一个 Rubisco 重组背景；在该背景下，瞬时表达 Rubisco 连接蛋白 EPYC1 即足以驱动 Rubisco-EPYC1 凝聚体的形成。与藻类蛋白核激酶 KEY1 共表达，通过改变体内 EPYC1 的磷酸化状态，将多凝聚体状态转变为每个叶绿体仅形成一个凝聚体，从而重现了 C. reinhardtii 蛋白核的调控机制。综上，这些结果确立了工程化 N. benthamiana 作为一个可操作的平台，可用于快速表征候选蛋白核蛋白，并为在植物中重建蛋白核结构及其调控迈出了一步。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.20.739623v1?rss=1

🏷️ 蛋白核工程 本氏烟草 叶绿体Rubisco 液液相分离 磷酸化调控 光合碳浓缩机制