海洋藻红蛋白适应弱光的分子机制

本项目以不同海洋环境下生长的藻胆蛋白为研究对象，通过基因序列比对、位点特异性模型等生物信息学技术，对藻胆蛋白的分子进化机制进行了研究。首次明确了正选择位点在藻胆蛋白环境适应性进化中的作用，并发现正选择作用位点多集中在藻胆蛋白的色基结合区域以及XY发卡结构处，这些结构域主要与藻胆蛋白的光能捕获、能量传递和结构组装有密切关系。通过对藻胆蛋白正选择位点的突变研究发现，单个氨基酸位点的突变，并未显著影响重组藻胆蛋白的光谱学性质，需要多个关键氨基酸位点的协同突变作用，才能显著改变藻胆蛋白的光谱学性质。对不同脱辅基藻胆蛋白与不同类型色素基团重组机理研究发现，藻胆蛋白的光谱学性质主要由其所结合色基的类型所决定，脱辅基藻胆蛋白通过多个位点突变形成的协同效应，可以对藻胆蛋白的光谱学性质进行调节，以更好地适应周围的光质环境；同时，脱辅基蛋白还可以通过自身微环境的变化可以对色素基团的光谱学稳定性产生显著的影响，从而更好地适应周围环境中光强的变化。研究还发现CpcEF不仅可以催化CpcA共价偶联不同的藻胆色素，还可以催化不同脱辅基蛋白和不同藻胆色素之间的共价偶联反应，是一种多功能裂合酶。本课题还利用多基因组合表达技术，成功实现了基因重组藻蓝胆素和藻红胆素的高效表达，并建立了重组藻胆色素毫克级的制备技术，为进一步研究藻胆色素与脱辅基藻胆蛋白的体外酶促组装奠定了重要的基础。此外，本课题还成功构建了两种藻胆蛋白/链霉亲和素融合分子，并发展了利用该藻胆蛋白/链霉亲和素分子应用于疾病早期诊断的免疫亲和检测方法。本课题的实施不仅为我们深刻理解藻胆蛋白适应性进化的分子机制提供了重要理论依据，还为藻胆蛋白荧光分子的分子改造及高效利用提供了新方法和新思路。