01
遇见/摘要
近日，伊利诺伊大学香槟分校化学系Angad Mehta研究团队在Nature Communication上发表题为：“Photosynthetic directed endosymbiosis to investigate the role of bioenergetics in chloroplast function and evolution“的研究论文。
02
遇见/内容
叶绿体是从蓝藻在真核细胞中的内共生进化而来。现代的叶绿体有很多功能包括碳同化，硫酸盐同化，硝酸盐同化，氨基酸生物合成，脂肪酸生物合成等。但是早期蓝藻内共生体的具体功能和进化尚不明确。ADP/ATP载体转位酶和转位蛋白在线粒体和叶绿体及其内共生前体中都有广泛保守性，因此普遍的观点认为叶绿体进化中，蓝藻光合作用生成ATP 和NADPH是关键的驱动力。位于细胞器膜上的ADP/ATP载体转位酶帮助ATP和ADP在细胞质和细胞器之间交换，是细胞器执行宿主细胞的生物能功能的关键环节。
现代陆地植物叶绿体关键功能是碳源同化，由线粒体提供给宿主细胞ATP而叶绿体利用光合作用产生的ATP来实现碳源同化而不是提供ATP给宿主细胞。所以线粒体的ADP/ATP载体转位酶更倾向于排出ATP而陆地植物的叶绿体ADP/ATP载体转位酶输入ATP。叶绿体在细胞生物能中的重要作用体现在碳源同化，而做为叶绿体前体的内共生体的主要功能并不清楚。
本文首先通过生物信息学的方法鉴别不同光合作用真核生物里质体ADP/ATP 载体转位酶， 然后在蓝藻Synechococcus elongatus PCC7942 (Syn7942) 中异源表达这些转位酶，最后通过ATP依赖的定向内共生，蓝藻和酵母的内共生嵌合体，来研究它们的功能。
转运ATP/ADP的膜蛋白广泛存在于线粒体，质体及细胞内寄生物中。植物中质体核苷酸转运蛋白在结构和系统发生学上与线粒体载体蛋白家族（MCF）不同，但是功能上类似细胞内细菌异源表达的ADP/ATP载体转位酶。为了找出非线粒体ADP/ATP载体转位酶基因，作者使用NCBI non-redundant database, a Position-Specific Iterative Basic Local Alignment Search Tool (PSI-BLASTP) 的方法分析基因组数据。搜索序列利用可以转化ATP到ADP的核苷酸转位蛋白序列，并且限定于红藻，高等植物等生物。作者随后分析得到的1010个基因序列，使用Cytoscape software 分为两组，第一组的500个基因属于细胞内寄生物而第二组的510个基因属于红藻或高等植物。经过氨基酸序列比对，论文注解等各种方法分析，作者选出代表性的基因做了系统发生树并选出7个有代表性的基因进行下一步研究。
作者通过构建不同的蓝藻菌株Syn7942来异源表达以上鉴别的7个ADP/ATP载体转位酶。然后通过荧光素酶检测实验分析不同菌株出口ATP的水平。
作者通过将异源表达ADP/ATP载体转位酶的蓝藻融合到酵母中产生蓝藻-酵母嵌合体。在选择压力下经过多轮筛选和验证得到稳定的复合体。经过比较发现，表达红藻和灰藻来源的ADP/ATP载体转位酶的蓝藻-酵母嵌合体比高等植物来源有更好的生长。
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遇见/致谢
感谢Mehta 课题组对本号的支持，感谢该组提供本文稿件支持！
1. 天工所赵国屏院士团队Biotechnol Adv| 人工碳同化-非天然反应和途径在人工自养系统发展中的作用
2. 马克斯·普朗克研究所Nature | 自养植物和异养细菌互作-海洋蛋白杆菌通过β-羟基天冬氨酸循环代谢自养植物产生的乙醇酸
3. 浙大科创中心鲍泽华组Sci Adv | kbp范围基因饱和突变，促进蛋白质及酿酒酵母细胞工厂的进化改造
4. 协和药生所付海根组Angew｜酶催化动态动力学拆分合成轴手性联芳基化合物
5. 清华/北理工Metab Eng：一种基于途径计算的基因自主震荡性沉默策略可显著增强酿酒酵母可持续合成植物萜烯的能力
遇见生物合成
合成生物学/天然产物生物合成
姊妹号“生物合成文献速递”
