新陳代謝是生命最基本的特征,。生物在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中,，形成了相應(yīng)的代謝系統(tǒng)及調(diào)控機(jī)制，來(lái)適應(yīng)外界環(huán)境的變化,，尤其是食物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)變化的需要,。例如，陸生動(dòng)物進(jìn)化出著名的鳥氨酸-尿素循環(huán),，用于處理食物中蛋白質(zhì)分解代謝所產(chǎn)生的大量氨,，將氨轉(zhuǎn)化為尿素后排出體外。因此,，鳥氨酸-尿素循環(huán)是細(xì)胞氮廢物排除的關(guān)鍵,，是陸生動(dòng)物高蛋白飲食必要的代謝途徑。然而,，細(xì)菌和植物缺乏這一代謝途徑,。

藍(lán)藻是地球上最早出現(xiàn)的光合自養(yǎng)生物，它們利用水作為電子供體,，利用太陽(yáng)光能將CO2還原成有機(jī)碳化合物,，并釋放出自由氧，在地球生物圈形成和發(fā)展過(guò)程中起了關(guān)鍵作用,。藍(lán)藻廣泛分布于自然界,，包括各種水體和土壤中，對(duì)生物地球化學(xué)循環(huán)有非常重要的貢獻(xiàn),。同時(shí)藍(lán)藻在生物技術(shù)應(yīng)用方面也極具潛力,。
盡管藍(lán)藻在進(jìn)化、生態(tài),、環(huán)境及生物技術(shù)等方面扮演著重要角色,，人們對(duì)其代謝及調(diào)控機(jī)制仍然缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

今天(4月9日）,，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然化學(xué)生物學(xué)》在線發(fā)表了中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所楊琛研究組題為“精氨酸雙水解酶參與藍(lán)細(xì)菌中的鳥氨酸-氨循環(huán)”的最新研究論文,。該研究利用動(dòng)態(tài)代謝流量組與代謝組分析技術(shù)首次發(fā)現(xiàn)了一條新型氮代謝途徑—鳥氨酸-氨循環(huán),，發(fā)現(xiàn)該循環(huán)包含一步新的生化反應(yīng)，即精氨酸雙水解酶催化精氨酸水解生成鳥氨酸和氨,。

研究表明在氮源充足條件下鳥氨酸-氨循環(huán)促使氮同化及存儲(chǔ)以最大速率進(jìn)行,，而在氮源匱乏時(shí)該循環(huán)使得細(xì)胞中的氮儲(chǔ)存迅速分解，從而滿足細(xì)胞的生長(zhǎng)需要,。因此,，鳥氨酸-氨循環(huán)具有氮存儲(chǔ)和活化的功能，對(duì)于藍(lán)藻適應(yīng)環(huán)境氮源缺乏和變化極其重要,。 鳥氨酸-氨循環(huán)在藍(lán)藻中廣泛存在,，包括許多海洋固氮藍(lán)藻，所以它對(duì)于海洋氮固定乃至地球的氮循環(huán)都具有非常重要的貢獻(xiàn),。

作為地球上最古老的居民,，藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)的鳥氨酸-氨循環(huán)比動(dòng)物體內(nèi)的鳥氨酸-尿素循環(huán)出現(xiàn)的更早。與哺乳動(dòng)物不同,，在藍(lán)藻的天然生存環(huán)境中氮源往往匱乏,，使其處于氮饑餓狀態(tài)。因此,，藍(lán)藻細(xì)胞內(nèi)氮的“倉(cāng)儲(chǔ)”與“周轉(zhuǎn)”對(duì)其適應(yīng)生存環(huán)境極為重要,，而鳥氨酸-氨循環(huán)是實(shí)現(xiàn)該“物流”的核心線路,。

這一發(fā)現(xiàn)有助于合成生物學(xué)家設(shè)計(jì)和改造藍(lán)藻,、實(shí)現(xiàn)CO2到生物燃料和化學(xué)品的直接轉(zhuǎn)化，同時(shí)為理解和提高農(nóng)作物的氮素使用效率提供新的思路,。