近期，国际著名学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》(Angew. Chem. Int. Ed.)以封面文章形式发表了上海交通大学微生物代谢国家重点实验室许平教授团队在微生物光合作用研究方面的最新进展“Remodeling of the photosynthetic chain promotes direct CO₂ conversion into valuable aromatic compounds”。这是许平教授团队在利用蓝藻光合生产C3平台化合物（Green Chemistry, 2015, 17, 3100–3110）和天然产物（Green Chemistry, 2016, 18, 3537–3548）之后，在利用温室气体二氧化碳生产化学品研究方面的又一重要突破。

图1 Angew. Chem. Int. Ed. 杂志封面

       光合效率对于食品安全、能源供给和气候变化至关重要。尽管在光合微生物蓝藻中的一些人工代谢陷阱可以改善光合作用，但是这些代谢陷阱对于光合电子传递链的影响方式还未被阐明。同时，蓝藻中包括莽草酸途径在内的一些低流量途径的可塑性还未进行研究。这个工作选择苯乙醇作为目标产物，该物质是一种重要的玫瑰香味香料和理想的助燃剂。通过在蓝藻中引入苯乙醇合成途径和人工解反馈抑制模块，31.5%的光合固定碳被重定向至莽草酸途径，用于苯乙醇和芳香氨基酸的合成。在这个过程中，基因工程蓝藻的氧气释放和碳固定效率分别提高了29.9%和68.7%。转录组的研究发现，蓝藻的碳吸收和固定途径被上调，同时电子传递链上的不同组分发生了较大变化，从而揭示出电子传递链的重构机制。这种电子链的重构使得光能补获和电子传递效率得以提高，同时避免了能量的耗散。这个研究不仅为芳香化合物的生产提供了新的技术，更为重要的是，这对于光合电子链的可塑性提出了新的认知，为提高植物光合效率和人工光合自养体系设计提供了指导。

图2 左：苯乙醇人工合成途径示意图；右：碳代谢和光合电子链的可塑性

       博士后倪俊，博士生刘洪玉和副研究员陶飞为论文的共同第一作者。该项研究工作得到上海市青年科技英才扬帆计划、中国博士科学基金特别资助和国家自然科学基金等项目的资助。

       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201812727

文字 | 倪俊