生物实验技术

来自美国萨克生物研究学院的研究员Joseph P. Noel和他的同事们在一项新研究中将研究焦点放在了其中的一个代谢酶上，直到今天这种酶仍能有效地发挥功能被生物化学家们视为是催化上“完美无缺”的。在发布于5月13日《自然》（Nature）杂志上的论文中，研究人员揭示了该酶是如何从非催化性的祖先蛋白进化而来的。生物通 cuturl('www.ebiotrade.com')
上接：Nature：追溯植物“法拉利”酶的起源
科学家们接下来在拟南芥基因组中进一步搜索了与CHI相似的序列，从而使得他们转向了一个称为FAPs的蛋白家族的三个成员。FAPs在基因序列和分子骨架结构上非常相似表明它们与CHO具有共同的根源生物通 cuturl('www.ebiotrade.com')
为了了解更多信息，研究人员生成了来自FAP基因的蛋白。Noel 回忆说：“在这一过程中，我们获得了来自植物的每个FAP基因，将它插入到大肠杆菌中，让细菌将其转变为我们能够处理的蛋白质。然而出人意料的是，这三个古老蛋白抓住了来自大肠杆菌宿主的一个脂肪酸分子，FAP蛋白紧紧地抓着它以致于我们能够看到这一额外的分子。”
实际上，当他们利用X射线晶体学检测FAP蛋白质的分子结构时，他们发现FAP形成了口袋紧钩到一个脂肪酸上。与之相对比，CHI包含了一个特异形状的口袋抓住了查尔酮（chalcone）将其转变为植物黄酮类化合物。生物通 cuturl('www.ebiotrade.com')
Noel研究小组追踪三种FAPs至植物叶绿体。叶绿体是指出光合作用发生的位点，也是脂肪酸从头开始合成的位点。叶绿体中生成的脂肪酸之后被利用在种子和胚中累积能量储存。由于对生存至关重要，FAPs被视为是植物主要代谢组分中重要的部分。相比之下，黄酮类化合物的合成被认为是一种特异的代谢：黄酮类化合物促成了植物能够在野生特定情况下长期传递基因的能力，但当植物被放置在精确调控的实验室环境中时却并非即刻对生存起至关重要作用。
Noel说尽管FAPs和CHI在现代植物中发挥着非常不同的作用，它们的遗传和结构相似性表明存在一个明确的进化关系。那么哪一个是另一个的祖先？Noel认为FAPs更年长。生物通 cuturl('www.ebiotrade.com')
由于FAPs甚至在藻类（早期植物祖先的现代范例）中促成了初级代谢，因此相比CHI它们更有可能通过自然选择保存了超过5亿年。这一快速移动的驱动黄酮类化合物生成的酶有可能是在更“近”的过去形成，仅仅5亿年前左右，随着植物开始向干涸的、紫外线明亮的陆地迁移。
Noel说发现植物生物合成中两个独立的参与者之间的联系将对农业、生物燃料和营养学产生重大的影响。这些不同的生物化学近亲的进化重聚让他感到非常兴奋。这也是给十年研究工作打上的一个极好的惊叹号，Noel的研究小组一直在锲而不舍地追寻这一在黄酮类化合物信号通路中的关键酶的起源。“这真是很酷，它是最好的一个例子，一个不是酶的蛋白进化成了极其有效的酶。我们可以从中得知不是我们，而是自然一直在完成一个时间为5亿年的实验！”