Alternative photosynthesis pathways drive the algal CO2-concentrating mechanism

光合作用 类囊体 莱茵衣藻 叶绿体 鲁比斯科 电子传输链 碳酸氢盐 无机碳总量 光合效率 生物物理学 化学 二氧化碳 生物 生物化学 生态学 有机化学 突变体 基因
作者
Adrien Burlacot,Ousmane Dao,Pascaline Auroy,Stéphan Cuiné,Yonghua Li‐Beisson,Gilles Peltier
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:605 (7909): 366-371 被引量:192
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04662-9
摘要

Global photosynthesis consumes ten times more CO2 than net anthropogenic emissions, and microalgae account for nearly half of this consumption1. The high efficiency of algal photosynthesis relies on a mechanism concentrating CO2 (CCM) at the catalytic site of the carboxylating enzyme RuBisCO, which enhances CO2 fixation2. Although many cellular components involved in the transport and sequestration of inorganic carbon have been identified3,4, how microalgae supply energy to concentrate CO2 against a thermodynamic gradient remains unknown4-6. Here we show that in the green alga Chlamydomonas reinhardtii, the combined action of cyclic electron flow and O2 photoreduction-which depend on PGRL1 and flavodiiron proteins, respectively-generate a low luminal pH that is essential for CCM function. We suggest that luminal protons are used downstream of thylakoid bestrophin-like transporters, probably for the conversion of bicarbonate to CO2. We further establish that an electron flow from chloroplast to mitochondria contributes to energizing non-thylakoid inorganic carbon transporters, probably by supplying ATP. We propose an integrated view of the network supplying energy to the CCM, and describe how algal cells distribute energy from photosynthesis to power different CCM processes. These results suggest a route for the transfer of a functional algal CCM to plants to improve crop productivity.
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