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近日，日本關(guān)西學(xué)院大學(xué)（Kwansei Gakuin University）生物與環(huán)境科學(xué)學(xué)院生物科學(xué)系Yusuke Matsuda課題組聯(lián)合瑞士巴塞爾大學(xué)生物中心（The University of Basel’s Biozentrum）Benjamin D. Engel等多家研究機構(gòu)，在Cell上發(fā)表了題為“Diatom pyrenoids are encased in a protein shell that enables efficient CO₂ fixation”的研究性論文，該研究首次發(fā)現(xiàn)了第3種藻類蛋白核類型——具鞘蛋白核（PyShell），并分析了硅藻蛋白核PyShell的結(jié)構(gòu)和功能，闡述了它在Rubisco有效催化CO?固定中的貢獻(xiàn)，為研究海洋生態(tài)系統(tǒng)中CO?的同化途徑提供了重要參考。 

圖1 硅藻細(xì)胞蛋白核PyShell蛋白示意圖

研究團隊進行了硅藻PyShell蛋白的鑒定及定位，并解析了硅藻細(xì)胞中PyShell蛋白的分子結(jié)構(gòu)。此外，研究人員還利用冷凍電子斷層掃描技術(shù)詳細(xì)觀察了硅藻內(nèi)部的微細(xì)結(jié)構(gòu)。 

通過基因組編輯技術(shù)破壞硅藻的PyShell基因后，這些基因被破壞的硅藻在空氣環(huán)境的生長速度顯著變慢，光合作用效率顯著降低，僅為野生菌株的1/80（圖5）。在向反應(yīng)體系中逐步加入NaHCO₃的過程中，通過液相氧電極（Hansatech，King's Lynn，U.K.）和氣相色譜火焰離子化檢測器同時測量硅藻（WT、m1和m2）樣品混合物中凈O?的釋放速率和DIC的總濃度。根據(jù)O?釋放速率與DIC濃度的關(guān)系曲線計算光合作用參數(shù)：Pmax，最大凈O?釋放速率；K0.5，Pmax的一半時DIC濃度；[DIC]comp，無凈O?釋放時DIC濃度；APC，表觀光合傳導(dǎo)率（表1）。 

圖5 T. pseudonana PyShell突變體的表型和光合參數(shù)

進一步觀察PyShell基因被破壞的硅藻二級葉綠體，發(fā)現(xiàn)正常的蛋白核結(jié)構(gòu)無法形成，蛋白核周圍的片狀結(jié)構(gòu)消失，蛋白核結(jié)構(gòu)崩解并破碎。這表明由PyShell形成的正常蛋白核結(jié)構(gòu)對Rubisco的CO?供應(yīng)至關(guān)重要（圖6）。