Design and in vitro realization of carbon-conserving photorespiration
Notice bibliographique
Résumé
Photorespiration recycles ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) oxygenation product, 2-phosphoglycolate, back into the Calvin Cycle. Natural photorespiration, however, limits agricultural productivity by dissipating energy and releasing CO$_2$. Several photorespiration bypasses have been previously suggested but were limited to existing enzymes and pathways that release CO$_2$. Here, we harness the power of enzyme and metabolic engineering to establish synthetic routes that bypass photorespiration without CO$_2$ release. By defining specific reaction rules, we systematically identified promising routes that assimilate 2-phosphoglycolate into the Calvin Cycle without carbon loss. We further developed a kinetic–stoichiometric model that indicates that the identified synthetic shunts could potentially enhance carbon fixation rate across the physiological range of irradiation and CO$_2$, even if most of their enzymes operate at a tenth of Rubisco’s maximal carboxylation activity. Glycolate reduction to glycolaldehyde is essential for several of the synthetic shunts but is not known to occur naturally. We, therefore, used computational design and directed evolution to establish this activity in two sequential reactions. An acetyl-CoA synthetase was engineered for higher stability and glycolyl-CoA synthesis. A propionyl-CoA reductase was engineered for higher selectivity for glycolyl-CoA and for use of NADPH over NAD$^+$, thereby favoring reduction over oxidation. The engineered glycolate reduction module was then combined with downstream condensation and assimilation of glycolaldehyde to ribulose 1,5-bisphosphate, thus providing proof of principle for a carbon-conserving photorespiration pathway.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».