日本科研团队在《ChemBioChem》发表文章称其开发出以二氧化碳为原料，通过化学方法直接合成糖的技术。并成功地以生产出来的糖作为原料，利用细菌发酵生产出乳酸。
我们使用的糖主要有从甜菜、甘蔗中提炼生产的蔗糖，利用玉米、木薯等淀粉原料，糖化生产的淀粉糖。现在淀粉糖是微生物发酵工业的主原料，这不可避免的存在与人争粮，与人争田的问题，而直接使用化学法合成糖，则有望解决这个问题。
与提炼糖和淀粉糖相比，化学合成糖有以下优势：（1）生产周期短，合成效率高。（2）用水少。（3）用地少。（4）不需要使用肥料。当然，缺点也比较明显，有比较高的能耗。
化学合成糖使用的场地少，生产速率高，有望解决生物化工行业的原料问题。这项研究已经探明了使用二氧化碳合成糖，并作为工业生产原料的潜能，具有重大意义。

研究发现气候变化引起的真菌病害对小麦生产造成重大威胁
真菌病害是一种由真菌引发的农作物疾病，可以对作物的生长和产量造成严重影响。慕尼黑科技大学研究人员最新的研究表明，随着气候变暖，真菌病害对小麦生产的危害也在不断增加。
环境温度、湿度和气候变化等因素都会影响真菌的传播和繁殖。气候变暖导致温度升高和降水模式改变，这些为真菌的生长提供了更适宜的条件。同时，气候变化还引发干旱和洪水等极端天气事件，这些事件也会增加真菌病害的传播风险。
小麦是全球最重要的粮食作物之一，真菌病害的滋长对其产量和质量构成了巨大威胁。常见的小麦真菌病害包括赤霉病、白粉病和条锈病。这些病害会导致小麦叶片变黄、凋萎和腐烂，严重时可导致作物死亡。真菌病害不光影响小麦产量，还会降低小麦的品质，使其不适合食用。
随着气候变暖的加剧，预计小麦真菌病害的风险将进一步增加。研究人员发现，温度升高和湿度增加使得真菌更容易在小麦田中扩散和繁殖。此外，气候变化还可能导致小麦作物的生产周期变长，从而给真菌提供更多的传染时间。
为了应对真菌病害对小麦的危害，农业工作者们正在寻找各种解决方案。除了加强管理、药物防治、生物防治外，科研工作者还通过基因编辑和遗传改良技术，在小麦中引入选择的抗真菌基因，以提高小麦的抗真菌病害能力。
农民可以通过合理的灌溉管理、土壤维护来减少真菌感染的发生，或通过喷洒抗真菌剂防治真菌病害。此外，定期监测和早期诊断也可以帮助农民及时采取控制措施，减少真菌病害的传播。
尽管小麦真菌病害的风险正在增加，但农业专家和工作者正努力应对这一危机。通过研究开发更耐病的品质或更有效的管理方法，来保证小麦的可持续生产和食品安全性。
此外，通过生物酶制剂技术等环保性高新科技来减少碳排放，改变气候变暖的趋势，才是根本的解决之道。

科研工作者发现参与土壤微生物C-糖苷代谢的糖苷3-氧化酶的机理
近日，科学家们对C-糖苷的生物转化与分解代谢过程有了新的发现，这一成果对于更好地理解自然界中顽固性C-糖苷的降解过程，以及为制药、农业和食品工业提供新的应用前景具有重大意义。
C-糖苷代表了一大类天然产物，其中葡萄糖的异构碳通过碳-碳键直接连接到苷元部分。这些化合物是由植物和微生物产生的次生代谢产物，具有很大的结构多样性、广泛的天然分布和显着的生物活性。其中，葛根苷（黄豆苷元8-C-β-D-葡萄糖苷）等几种C-糖苷类药物已成为临床药物的前体，并且生物技术策略已经优化，可通过异源表达系统大规模生产植物C-糖苷。
然而，C-糖苷的化学和酶处理的稳定性极高，因此，其生物转化与分解代谢过程一直被认为是非常困难的问题。过去十年中，科学家们已经确定了将C-糖苷生物转化为具有有益健康影响的糖苷元的肠道微生物群。然而，最近的研究发现，自然界中普遍存在C-C键断裂反应的过程。与其他糖苷相比，C-糖苷对化学和酶处理的稳定性要高得多。正因为如此，C-糖苷不会被糖苷水解酶（即所谓的糖苷酶）去糖基化。相反，它们的微生物分解代谢途径包括催化氧化步骤的酶，然后是C-C键断裂。
来自土壤细菌的G3Ox，例如Microbacterium sp. 5-2b CarA、Arthrobacter globiformis NBRC12137 AgCarA和Microbacterium trichothecenolyticum NBRC15077 MtCarA不表现出可检测的葡萄糖活性，而是在C6处氧化C-糖苷，如胭脂酸、芒果苷和C3-糖基化类黄酮，以及O-糖苷，但速率显着降低，形成相应的3-酮糖苷。在来自犬链霉菌的细菌ScP2Ox中观察到类似的底物偏好，与单糖相比，其对C-糖苷葛根素氧化的酶活性高100至1000倍。
这一研究发现了一种新的氧化糖部分C3的C-糖苷-3-氧化酶的初始氧化步骤是由肠道微生物中的NAD（H）厌氧氧化还原酶催化的。后一种酶与吡喃糖氧化酶（POx，吡喃糖：氧60-氧化还原酶；EC 2.1.1.3）来自葡萄糖-甲醇-胆碱（GMC）酶超家族。来自POx家族的FAD依赖性G3Oxs是在C2位置氧化葡萄糖的酶的祖先，即吡喃糖2-氧化酶（P2Oxs）。真菌P2Oxs很可能是通过细菌的水平基因转移获得的，并且可能随着时间的推移而进化和特化，以氧化木质纤维素衍生的糖，如d-葡萄糖、d-木糖或D-半乳糖。真菌P2Ox分泌到细胞外空间，参与木材腐烂和回收。它们是研究最广泛的POx，特别是来自Tramete multicolor、Peniophora sp和Phanerochaete chrysosporium。它们包括一个高度保守的黄素结合结构域和一个底物结合结构域，该结构域具有FAD共价结合的Rossman样折叠。P2Ox是同源四聚体，对活性位点的访问受到四个通道的限制，这些通道将底物从酶表面路由到活性位点腔。细菌G3Ox、MtCarA和ScP2Ox的结构表征揭示了这些酶的一些结构和功能方面。然而，仍然存在许多基本问题，特别是不同底物特异性背后的机制。
这一新研究主要关注了C-糖苷在肠道微生物群中的生物转化与分解代谢过程。然而，自然界中仍有许多关于这一过程的未解之谜。未来的研究将进一步探索这一过程中的详细机制，包括微生物群落的组成、代谢途径、以及与环境因素的相互作用等。此外，对于这些关键分解代谢酶的催化机制及其在自然界中的进化和特化过程仍需深入探讨。这些研究将有助于我们更好地理解自然界中顽固性C-糖苷的降解过程，并可能为制药、农业和食品工业提供新的应用前景。

在应对全球气候变化和粮食安全挑战的过程中，诺丁汉大学的研究人员近日取得了重大突破。他们发现了一种可以调节植物根部对土壤中养分和水分吸收的蛋白质。这一突破有可能帮助我们开发出需要更少水和化肥的耐气候作物。

这项具有里程碑意义的研究，已于今日正式发表在《科学直接》杂志上。研究团队深入研究了植物根部木质素屏障的新成分，并发现了控制水分和养分吸收的特定分离蛋白（DPs）。

植物的根部是吸收养分和水分的核心部位，这一过程主要依赖于内皮组织层的控制。内皮组织层包含有一道由木质素制成的屏障，这种木质素与木材中的材料相同，是一种不透水的物质。它通过在细胞之间形成紧密的密封，阻止了溶质和水的自由移动，从而保证了根部吸收养分和水分的唯一途径是通过内皮细胞。

然而，这项最新的研究揭示了木质素屏障的另一个重要功能：它通过与位于根内胚层中的分离蛋白（DPs）协同作用，指导和组织木质素在内胚层中的正确沉积。这种机制使得植物能够更有效地从土壤中吸收养分并保持水分平衡。

诺丁汉大学生物科学学院的Gabriel Castrillo博士是该研究的领导者之一，他表示：“随着今年世界部分地区达到创纪录的气温和不稳定的降雨，了解植物的机制变得越来越重要，这样我们才能在未来证明它们以确保未来的粮食供应。这项研究显示了植物根系如何通过木质素的沉积来调节它们对水分和养分的吸收，木质素是由DPs调节的。没有这些蛋白质，就无法完成适当的根部密封，植物中的营养平衡也会受到损害。”

这一发现为我们提供了一个全新的视角来看待植物的根部吸收机制，也揭示了木质素和DPs在调节根部养分和水分吸收中的关键作用。这一突破性的研究，不仅有助于我们更好地理解植物的生长机制，也为耐气候作物的研发提供了新的思路。

参考文章：Yi-Qun Gao, Jin-Quan Huang, Guilhem Reyt, Tao Song, Ashley Love, David Tiemessen, Pei-Ying Xue, Wen-Kai Wu, Michael W. George, Xiao-Ya Chen, Dai-Yin Chao, Gabriel Castrillo, David E. Salt. A dirigent protein complex directs lignin polymerization and assembly of the root diffusion barrier. Science, 2023; 382 (6669): 464 DOI: 10.1126/science.adi5032

宋宵因从吃到用了解酶——研究发现一种生物酶是掌控土壤碳储存的开关
你是否想过，那些看不见的微生物世界，竟然会对我们脚下的土壤质量产生如此大的影响？今天，我们将带你一起探索一种关键的微生物酶，它是如何精确地控制土壤中的碳储存的。
研究人员发现，氮控制酶是一种关键的微生物酶，它对土壤碳储存的调控具有重要影响。这种酶通过调节土壤中氮的生物有效性，影响微生物对碳的吸收和储存。
具体来说，氮控制酶通过调节氮的生物有效性，从而控制微生物的生长和活动。当氮控制酶的水平提高时，微生物对氮的吸收和利用效率会降低，导致微生物生长受到抑制，从而减少了微生物对碳的消耗。
另一方面，当氮控制酶的水平降低时，微生物对氮的吸收和利用效率会提高，微生物生长旺盛，从而增加了微生物对碳的消耗。
这种精确的调控机制使得氮控制酶在土壤碳储存的维持和变化中发挥了关键作用。它为我们的农业生产、土地保护和气候变化提供了新的理解和潜在的工具。
在微生物世界中，氮控制酶以其独特的方式调控着土壤中的碳储存。这一发现揭示了微生物在土壤生态系统中的重要角色，并为我们提供了一种新的方法，通过调节氮控制酶的水平来控制土壤中的碳储存。
在未来的研究和实践中，我们可以利用这种酶的特性，研发出新的农业技术，通过精确地调节土壤中的氮水平，来提高土壤的碳储存，减少温室气体的排放，从而对全球气候变化产生积极影响。
此外，深入理解氮控制酶的作用机制，将有助于我们更好地保护和管理土地资源，为我们的后代留下一个健康、富饶的土地。
参考文献：Ji Chen , Yiqi Luo , A keystone microbial enzyme for nitrogen control of soil carbon storage

宋宵因从吃到用了解酶——研究发现了古细菌产乙烯和甲烷的关键类酶系统
众所周知，古细菌是产沼气的主要菌种，过去人们不清楚古细菌合成乙烯和甲烷是通过什么系统实现的。近日，一项发表在《科学》杂志上的研究为我们揭示了这一过程的关键角色——一种名为类氮酶的酶类系统。
这一途径存在于许多物种中，它使用一种不同于已知固氮酶和固氮样还原酶的类氮还原酶，具体作用是破坏C-S键，以减少普遍存在的和可感知的挥发性有机硫化合物，如二甲基硫化物和（2—甲基硫）乙醇。释放出的甲硫醇作为直接的蛋氨酸的前兆，乙烯或甲烷释放到环境中。
甲硫氨酸是一种含硫的氨基酸，在生物体内的作用至关重要，是蛋白质合成的基础。乙烯是一种植物激素，对植物的生长发育起着重要调节作用。甲烷则是一种常见的温室气体，同时也在微生物的能量代谢中发挥着重要作用。
过去，我们只知道这些化合物是在生物体内由酶催化形成的，但具体的催化机制一直不清楚。这项研究通过实验证据，证明了类氮酶系统能够催化这些化合物的高效合成。
类氮酶系统是一种能够将氮气转化为氮化合物的高效酶类。在这个过程中，类氮酶系统中的铁蛋白能够选择性地结合氮气，并将其转化为氮化合物。这个过程所需的能量非常少，远低于通过化学方法转化氮气的能量需求。
研究团队通过基因测序和蛋白质组学分析，找到了类氮酶系统中的关键元件。通过突变实验，他们发现这些关键元件的突变会显著降低类氮酶系统的催化效率。这为进一步优化类氮酶系统的催化性能提供了重要的参考。
这个发现也为化学工业提供了一种新的类酶系统。通过类氮酶系统，我们可以高效地生产出甲硫氨酸、乙烯和甲烷，这在人工合成有机物领域具有重大意义。如果该类氮酶系统能大规模商业化生产应用，将会给生物天然气领域带来革命性的突破。
总之，这项研究为我们揭示了类氮酶系统在生物合成甲硫氨酸、乙烯和甲烷中的作用，为我们提供了新的理解氮元素代谢的方式。同时，也为未来的化学工业提供了新的可能性。在未来的研究中，我们期待看到类氮酶系统在更多领域的应用，为我们的生活带来更多惊喜。
参考文献：
[1] Smith, Dayna R., et al. "A nitrogenase-like enzyme system catalyzes methionine, ethylene, and methane biogenesis." Science, vol. 369, no. 6500, 2020, pp. 1094-1098.