中科院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所楊琛研究組利用動態代謝流量組與代謝組分析技術，首次發現了一條新型氮代謝途徑——鳥氨酸—氨循環。專家表示，這一發現有助于合成生物學家設計和改造藍藻、實現二氧化碳到生物燃料和化學品的直接轉化，同時為理解和提高農作物的氮素使用效率提供新思路。該研究4月9日在線發表于《自然—化學生物學》。

 

研究人員發現藍藻中的鳥氨酸—氨循環包含一步新的生化反應，即精氨酸水解生成鳥氨酸和氨。在藍藻的天然生存環境中氮源往往匱乏，使其處于氮饑餓狀態。因此，藍藻細胞內氮的“倉儲”與“周轉”對其適應生存環境極為重要，而鳥氨酸—氨循環是實現該“物流”的核心線路。同時，研究表明在氮源充足條件下鳥氨酸—氨循環促使氮同化及存儲以最大速率進行，而在氮源匱乏時該循環使得細胞中的氮儲存迅速分解，從而滿足細胞的生長需要。因此，鳥氨酸—氨循環具有氮存儲和活化的功能，對于藍藻適應環境氮源缺乏和變化極其重要。這一循環在藍藻中廣泛存在，包括許多海洋固氮藍藻，它對于海洋氮固定乃至地球的氮循環都具有非常重要的貢獻。

 

“這項研究中的一個核心技術是代謝流量組分析技術。”楊琛表示，研究組經過10年的努力，利用穩定同位素13C及15N示蹤技術，針對各種生物體系開發了一系列穩態及動態代謝流量分析技術，建立了代謝流量組與代謝組分析技術平臺。通過準確及時地掌握細胞代謝網絡的運行情況、揭示關鍵代謝途徑在不同條件下的流量變化，并為合成生物學、微生物學以及生物醫學等研究提供重要的技術支撐。