碳捕获是从大气中去除二氧化碳(CO 2)的碳捕获,它引起了人们的注意,以减轻全球变暖的影响。植物和光营养微生物具有通过CO 2固定捕获碳以产生生物量的固有能力。然而,天然碳固定途径受到催化活性低的关键酶的限制,导致低能效率。Rubisco就是一种关键酶,以其表现不佳而臭名昭著。过去的研究未能通过常规方法来增强Rubisco的碳固定。生成建模已成为一种创新的酶工程方法,利用不同的神经网络体系结构来提出具有期望特征的新型变体。在这里,将在Rubisco序列空间训练的变异自动编码器(VAE)应用于Rubisco Engineering的挑战。训练了两种模型,并使用VAE的降低性降低特性,探索了Rubisco的健身景观。序列用催化相关的数据标记,并建立回归模型,目的是预测这些序列具有增强的催化活性。在对低维空间进行系统审查后,生成了新型Rubisco序列。这里使用生成建模提供了Rubisco工程的新观点。
太阳陈1,2,3,玛塔·霍卡4,菲利普·戴维5,Yaqi Sun 2,Fei Zhou 3,Tracy Lawson 5,Peter J. Nixon 4,Yongjun Lin 3,lu-niw Liu 2,6 * 1 Guangdong guangdong guangdong guangdong省级利用和药物保存和北部北部的省级北部。 512000,中国2分子与综合生物学研究所,利物浦大学,利物浦大学,利物浦L69 7ZB,英国3号国家遗传改善的国家主要实验室和国家植物基因研究中心,瓦兹胡农农业大学,武汉,瓦汉430070,430070,430070 2AZ,英国5日生命科学学院,埃塞克斯大学,科尔切斯特CO4 4SQ,英国6海洋生命科学学院和中国海洋深海洋多球和地球系统的边境科学中心,中国海洋大学266003,中国 *通讯 *通信:luning.luning.luiu@luning@liverpool.ac.ac.ac.uk(l.-n.-n.l.-n.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l.l>摘要尽管Rubisco是全球最丰富的酶,但由于其营业率低和区分CO 2和O 2的能力有限,碳固定效率低下,尤其是在高O 2条件下。为了解决这些局限性,包括蓝细菌和藻类在内的浮游植物已经进化了CO 2浓缩机制(CCM),这些机制涉及在特定结构内将Rubisco划分的rubisco,例如在藻类或藻类中的cyanobacteria或Pyrenacoids中的羧基助理。工程植物的叶绿体建立了类似的结构来分隔Rubisco,这引起了人们对改善作物植物中光合作用和碳同化的兴趣。在这里,我们提出了一种方法,可以通过遗传融合的超纤维纤维构成超级纤维绿色荧光蛋白(SFGFP)在烟草中有效地诱导内源性rubisco的凝结(Nicotiana tabacum)叶绿体。通过利用SFGFP的固有寡聚特征,我们成功地创建了类似pyrenoid的Rubisco冷凝物,这些冷凝物在叶绿体中显示动态的,类似液体的特性,而不会影响Rubisco组装和催化功能。转基因烟草植物与野生型植物相比表现出可比的自养生长速率和环境空气中的完整生命周期。我们的研究提供了一种有希望的策略,可以通过相分离调节植物叶绿体中的内源性Rubisco组装和空间组织,这为生成合成细胞器样结构的基础为碳固定的碳固定结构(例如羧化合物和吡啶样),以优化光合效率。关键字:Rubisco;碳固定;光合作用;叶绿体工程;相位分离;蛋白质冷凝;植物生物技术
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Photosynthesis:- Photosynthetic pigments, absorption and transformation of radiant energy, photooxidation, four complexes of thylakoid membranes: photo system I, cytochrome b-f complex, photosystem II and coupling factors, photolysis of water and C 4 evolution, noncyclic and cyclic transportation of electrons, proton gradient and photophosphorylation, calvin cycle regulation of RUBISCO 活动。c 4途径及其自适应意义,CAM途径,C 3和C 4植物之间的差异。乙二醇途径和光刺氯梭化和微生物中的CO浓缩机制。
图1。示意图(简化)CO 2(左)和COS(右)扩散途径成C 3叶片的表示,包括大气中这两种物种的摩尔级分(C A),细胞间空间(C I),Mesophyll细胞(C M),CO 2,CO 2,CO 2,CO 2,CO 2,氯Pllast(C C)。核糖-1,5-二甲氧醇羧化酶氧化酶(Rubisco,叶绿体内)和碳酸酐酶(CA,仅右图)催化CO 2和COS固定。
A. 糖异生使用相同的糖酵解酶,除了开始时的两种酶外,这两种酶用于绕过放能丙酮酸激酶反应并合成 PEP。B. 糖异生调节使用变构效应物 Fru 1,6P 2 ,而糖酵解受效应物 Fru 2,6P2 调节。C. 丙酮酸羧化酶固定 CO 2 的方式与 rubisco 大致相同。D. 由于糖酵解和糖异生都只涉及细胞溶胶中的酶,因此必须对其进行协调调节。E. 果糖二磷酸酶步骤的放能性质对于帮助整个糖异生途径有利非常重要。
-glomalin,EPS和生物膜改善了土壤聚集的稳定性并增加了根际中的水分,在干旱1,2下增加了植物生存和生物量,以及在盐胁迫下发芽3。- 细菌生物膜减少了植物组织中砷的摄取和砷的积累,并改善了植物生长4。植物激素的分泌-Rhizobial Gearins促进了Rubisco和低分子量的渗透量产生,增加了干旱耐受性5,并促进了不定的根生长以抵消洪水6。- 细菌细胞分裂素增加了相对的水含量,叶水的潜力以及干旱下的根渗出液的产生。- 末期真菌gberellins调节植物激素,导致盐和干旱胁迫下的营养同化较高。8。- 细菌脱落酸增强了脯氨酸水平以及光合作用和光保护色素,减少了在干旱下损失的植物水9。- 细菌中的ACC-脱氨基酶基因增加了根部伸长和病原体耐药性10。
使用编码Rubisco大型亚基,小亚基rDNA和组合数据矩阵的基因的系统发育分析,对ULVACEAE的系统假设进行了测试。使用最大放线和最大似然标准的分析中包括了来自Ulvophyceae和Trebouxio-Phyceae的八个推定的杜斯属和十二个添加物分类单元的代表。分子数据支持ulvaceae的假设,这些假设是基于营养性thalli和Motile Cell Ultrocureture的早期发展。Ulvaceae Sensu Floyd和O'Kelly,包括Percursaria bory de Saint-Vincent,Ulvaria Ruprecht和叶绿体Tanner的密切相关物种,Enteromorpha Link和Ulva L.但是,不支持肠孢和Ulva的单一属。Ulvales和Ulotrichales Sensu Floyd和O'Kelly是单一的。Blidingia Kylin和Kornmannia Bliding与前者和Capsosiphon Gobi结合了后者,尽管这些命令中的关系和其他分类单元之间的关系仍然没有。ULVALES的特征是同构的生命史模式,Gametangia和Sporangia,它们在结构和发育中相同,具有双重末端盖的运动细胞以及由两个相等亚基组成的近端鞘。流动细胞释放和营养性thalli的总形态不是系统上可靠的特征。
代谢通量及其控制机制是细胞代谢的基础,为研究生物系统和生物技术应用提供了见解。然而,对微生物细胞工厂中生化反应的控制,尤其是在系统层面的控制,定量和预测性的理解是有限的。在这项工作中,我们提出了 ARCTICA,这是一个计算框架,它将基于约束的建模与机器学习工具相结合以应对这一挑战。使用模型蓝藻 Synechocystis sp. PCC 6803 作为底盘,我们证明 ARCTICA 可以有效模拟全球规模的代谢通量控制。主要发现包括:(i) 光合生物生产主要受卡尔文-本森-巴沙姆 (CBB) 循环中的酶控制,而不是受参与最终产物生物合成的酶控制;(ii) CBB 循环的催化能力限制了光合活性和下游途径;(iii) 核酮糖-1,5-双磷酸羧化酶/加氧酶 (RuBisCO) 是 CBB 循环中的主要限制步骤,但并非最主要的限制步骤。预测的代谢反应与之前的实验观察结果在质量上一致,验证了我们的建模方法。ARCTICA 是了解细胞生理学和预测基因组规模代谢网络中限速步骤的重要管道,从而为蓝藻生物工程提供指导。
冷冻电子断层扫描是一个快速发展的领域,用于研究其天然环境中的宏观复合物,并有可能彻底改变我们对蛋白质功能的理解。然而,在低温图中,快速准确地识别颗粒是具有挑战性的,它代表了下游过程中的显着瓶颈,例如亚图平均图。在这里,我们提出了tomocpt(断层式质心预测工具),这是一种基于变压器的解决方案,该解决方案将粒子检测重新探测为使用高斯标签的质心预测任务。我们的方法是建立在Swinunetr架构的基础上的,它表现出了卓越的性能,而二进制标签策略和模板匹配都相比。我们表明,tomocpt通过零弹性推断有效地将新型粒子类型推广到新颖的粒子类型,并且可以通过有限的数据进行微调来显着增强。The efficacy of tomoCPT is validated using three case studies: apoferritin, achieving a resolution of 3.0 A ˚ compared with 3.3 A ˚ using template matching, SARS-CoV-2 spike proteins on cell surfaces, yielding an 18.3 A ˚ resolution map where template matching proved unsuccessful, and rubisco molecules within carboxysomes, reaching 8.0 A ˚ resolution.这些结果证明了Tomocpt处理各种场景的能力,包括密集的环境和膜结合的蛋白质。该工具作为命令行计划的实现,再加上其微调数据要求,使其成为高通量冷冻数据处理工作流的实用解决方案。