麻省理工学院化学家团队在光合作用关键酶Rubisco的研究上取得重大突破。他们通过定向进化技术，成功将低氧环境下细菌中的Rubisco酶催化效率提高高达25%，为提高作物光合作用速率和农业产量带来了新希望。

Rubisco酶在光合作用中扮演核心角色，负责将二氧化碳掺入有机化合物生成糖。然而，这一地球上最丰富的酶却因效率低下而备受关注。麻省理工学院研究人员利用新型诱变技术MutaT7，在活细胞中加速Rubisco酶的定向进化过程，大幅提高了筛选效率。

研究团队从半厌氧菌Gallionellaceae科中分离出活性较高的Rubisco酶作为起点，通过六轮定向进化实验，成功发现三种突变体。这些突变显著增强了酶对氧气的抵抗力，使其在富氧环境中优先与二氧化碳反应，羧化效率大幅提升。实验数据显示，优化后的酶在低氧条件下催化效率提高了25%。

该研究资深作者、麻省理工学院化学教授马修·舒尔德斯指出："这项成果为改善Rubisco酶特性提供了令人信服的证明，我们正将技术应用于植物Rubisco形式，有望减少光呼吸导致的能量损失。"据估算，植物光呼吸过程会消耗约30%吸收的太阳能，优化后的酶可有效降低这一损耗。

研究主要作者朱莉·麦克唐纳表示，新型连续定向进化技术突破了传统方法的局限，能够观察更多酶突变组合。相较于传统易错PCR技术，MutaT7技术实现了目标基因的高效突变和筛选，显著缩短了研究周期。

目前，研究团队已启动将该技术应用于植物Rubisco的后续研究。化学系研究员罗伯特·威尔逊强调："这项突破为农业生产力提升开辟了新路径，通过改进光合作用核心酶，我们有望培育出更高产、更高效的作物品种。"

该研究成果发表于《美国国家科学院院刊》，标志着蛋白质工程技术在农业应用领域取得重要进展，为应对全球粮食安全挑战提供了创新解决方案。

更多信息： Julie L. McDonald 等人，《半厌氧环境中超快 Rubisco 的体内定向进化赋予其抗氧性》，《美国国家科学院院刊》(2025)。