中国科学院微生物研究所李寅研究团队近日把光合作用的光反应和暗反应作为有机整体，提出还原力驱动的细胞全局代谢工程策略，比传统单一改造光反应或暗反应，可明显提高光合作用效率。

  光合作用是一个极其复杂的生化过程。根据要不要光，光合作用被人为地分为光反应和暗反应。以往改造光合作用的研究，主要考虑怎么提高光反应对光能的利用与转化效率，或提高暗反应关键酶Rubisco固碳效率，很少考虑怎么样提高光反应和暗反应的偶联效率。而在实际的生理过程中，光合作用的光反应和暗反应是密不可分的有机整体。光反应产生能量(ATP)和还原力(NADPH)，而暗反应需要消耗ATP和NADPH，才能实现对CO2的还原固定。

  中国科学院微生物研究所李寅研究组针对光反应产生的ATP不能够满足暗反应固碳能量需求这一基本问题，根据光反应中ATP与NADPH偶联产生的基础原理，从细胞全局出发，把光合作用的光反应和暗反应作为有机整体，以连接光合作用光反应和暗反应的NADPH为切入点，提出了一个导入NADPH消耗模块，从而打破细胞固有的NADPH平衡，通过光反应与暗反应的有效耦联来增强光反应的内在驱动力、进而提高光合作用效率的新构想。

  研究人员以光合放氧菌蓝细菌为研究模型，通过引入NADPH依赖型的脱氢酶，创建了只消耗NADPH而不额外消耗ATP的异丙醇生物合成途径。一系列光合生理和生化分析表明，引入NADPH消耗途径后，细胞生长明显加快，光合作用效率提高约50%，同时具有更高的细胞活性。同时发现，改造后蓝细菌的光饱和点提高一倍，表明其可以耐受更高光强，这对适应自然界中光强的剧烈变化具备极其重大意义。这一根据结果得出，还原力驱动的细胞全局代谢工程策略，比传统单一改造光反应或暗反应，可以更有效地提高光合作用效率，这一策略对改造真核生物的光合作用也具有参考价值。

  该工作已于2016年8月4日在线发表在《代谢工程》（Metabolic Engineering）杂志上。研究得到国家自然科学基金和中科院重点部署项目“二氧化碳的人工生物转化”资助。副研究员周杰和博士生张福良为论文的共同第一作者。