Nature：十年研究解析植物關(guān)鍵酶

來自美國薩克生物研究學(xué)院的研究員Joseph P. Noel和他的同事們?cè)谝豁?xiàng)新研究中將研究焦點(diǎn)放在了其中的一個(gè)代謝酶上，直到今天這種酶仍能有效地發(fā)揮功能被生物化學(xué)家們視為是催化上“無缺”的。在發(fā)布于5月13日《自然》（Nature）雜志上的論文中，研究人員揭示了該酶是如何從非催化性的祖先蛋白進(jìn)化而來的。

上接：Nature：追溯植物“法拉利”酶的起源
科學(xué)家們接下來在擬南芥基因組中進(jìn)一步搜索了與CHI相似的序列，從而使得他們轉(zhuǎn)向了一個(gè)稱為FAPs的蛋白家族的三個(gè)成員。FAPs在基因序列和分子骨架結(jié)構(gòu)上非常相似表明它們與CHO具有共同的根源為了了解更多信息，研究人員生成了來自FAP基因的蛋白。Noel 回憶說：“在這一過程中，我們獲得了來自植物的每個(gè)FAP基因，將它插入到大腸桿菌中，讓細(xì)菌將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兡軌蛱幚淼牡鞍踪|(zhì)。然而出人意料的是，這三個(gè)古老蛋白抓住了來自大腸桿菌宿主的一個(gè)脂肪酸分子，F(xiàn)AP蛋白緊緊地抓著它以致于我們能夠看到這一額外的分子。”
實(shí)際上，當(dāng)他們利用X射線晶體學(xué)檢測FAP蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)FAP形成了口袋緊鉤到一個(gè)脂肪酸上。與之相對(duì)比，CHI包含了一個(gè)特異形狀的口袋抓住了查爾酮（chalcone）將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹参稂S酮類化合物。

Noel研究小組追蹤三種FAPs至植物葉綠體。葉綠體是指出光合作用發(fā)生的位點(diǎn)，也是脂肪酸從頭開始合成的位點(diǎn)。葉綠體中生成的脂肪酸之后被利用在種子和胚中累積能量儲(chǔ)存。由于對(duì)生存至關(guān)重要，F(xiàn)APs被視為是植物主要代謝組分中重要的部分。相比之下，黃酮類化合物的合成被認(rèn)為是一種特異的代謝：黃酮類化合物促成了植物能夠在野生特定情況下長期傳遞基因的能力，但當(dāng)植物被放置在調(diào)控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中時(shí)卻并非即刻對(duì)生存起至關(guān)重要作用。
Noel說盡管FAPs和CHI在現(xiàn)代植物中發(fā)揮著非常不同的作用，它們的遺傳和結(jié)構(gòu)相似性表明存在一個(gè)明確的進(jìn)化關(guān)系。那么哪一個(gè)是另一個(gè)的祖先？Noel認(rèn)為FAPs更年長。

由于FAPs甚至在藻類（早期植物祖先的現(xiàn)代范例）中促成了初級(jí)代謝，因此相比CHI它們更有可能通過自然選擇保存了超過5億年。這一快速移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)黃酮類化合物生成的酶有可能是在更“近”的過去形成，僅僅5億年前左右，隨著植物開始向干涸的、紫外線明亮的陸地遷移。
Noel說發(fā)現(xiàn)植物生物合成中兩個(gè)獨(dú)立的參與者之間的將對(duì)農(nóng)業(yè)、生物燃料和營養(yǎng)學(xué)產(chǎn)生重大的影響。這些不同的生物化學(xué)近親的進(jìn)化重聚讓他感到非常興奮。這也是給十年研究工作打上的一個(gè)*的驚嘆號(hào)，Noel的研究小組一直在鍥而不舍地追尋這一在黃酮類化合物信號(hào)通路中的關(guān)鍵酶的起源。“這真是很酷，它是的一個(gè)例子，一個(gè)不是酶的蛋白進(jìn)化成了極其有效的酶。我們可以從中得知不是我們，而是自然一直在完成一個(gè)時(shí)間為5億年的實(shí)驗(yàn)！”

來源：生物通