油料微藻Ankistrodesmus sp.异源乙酰辅酶A羧化酶的系统发育分析与结构解析：揭示BC与BCCP亚基的进化与功能适应性

本研究针对微藻乙酰辅酶A羧化酶(ACC)的结构与进化机制不明的问题，通过多学科手段解析了油料微藻Ankistrodesmus sp.的BC（生物素羧化酶）和BCCP（生物素羧基载体蛋白）亚基。研究发现BCCP存在独特的QLGTF/H基序替代经典AMKXM生物素化位点，并通过SEC-MALS（尺寸排阻色谱-多角度光散射）证实了1:1 BC-BCCP复合物的稳定性，为微藻脂质合成调控提供了新见解。

　　

在绿色能源与可持续发展的全球背景下，微藻因其卓越的脂质积累能力成为生物燃料生产的明星物种。然而，调控微藻脂质合成的核心酶——乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase, ACC)的分子机制却长期笼罩在迷雾中。ACC作为脂肪酸合成的限速酶，催化乙酰-CoA转化为丙二酰-CoA的两步反应，其异源形式(htACC)在藻类中尤为特殊，由生物素羧化酶(Biotin carboxylase, BC)、生物素羧基载体蛋白(Biotin carboxyl carrier protein, BCCP)和羧基转移酶(Carboxyltransferase, CT)亚基组成。尽管细菌和高等植物的ACC结构已有深入研究，但微藻ACC的组装机制与进化适应策略仍是未解之谜。

这项发表于《Journal of Structural Biology》的研究，由来自秘鲁的研究团队领衔，首次对亚马逊油料微藻Ankistrodesmus sp.的BC和BCCP亚基进行了系统发育与结构解析。研究团队通过整合转录组学、X射线晶体学（分辨率达1.75 ?）和生物物理手段，揭示了这两个关键亚基的独特进化轨迹与结构适应性。

关键技术方法包括：基于NCBI SRA数据库的转录组数据分析（SRX8295665-6）、最大似然法系统发育重建、X射线晶体学解析BC的apo（无配体）和ADP-Mg²⁺
结合状态（1.90 ?）、AlphaFold结构预测、SEC-MALS验证复合物化学计量、圆二色谱分析热稳定性以及下拉实验验证蛋白互作。

主要研究结果

系统发育分析揭示亚基分化进化
BC亚基在绿藻门形成独立分支，与Monoraphidium neglectum等产油微藻聚簇，而BCCP则因基因复制事件产生两个绿藻特异性亚型。这种"分道扬镳"的进化模式暗示二者可能受到不同的选择压力。

晶体结构捕捉BC动态构象
解析的BC结构呈现典型的A、B、C三域架构，ADP-Mg²⁺
结合引发B域15°旋转，与细菌BC的ATP诱导构象变化相似，但保留了真核特有的AB-linker（连接肽）特征。这种构象变化为理解微藻BC的催化调控提供了结构基础。

BCCP展现意外修饰模式
BCCP的经典AMKXM生物素化基序被QLGTF/H替代，暗示生物素化功能丧失。但AlphaFold模型显示其"拇指环"（thumb loop）突出区域存在三个潜在替代性赖氨酸（Lys95最可能），这种结构补偿机制在ACC研究中尚属首次报道。

复合物特性与稳定性
SEC-MALS证实BC与截短型BCCP（BCCP_ΔN
）形成严格1:1复合物，圆二色谱显示复合物熔点温度提高8°C，表明亚基互作显著增强结构稳定性。下拉实验进一步验证了二者特异性结合。

结论与意义
该研究揭示了Ankistrodesmus sp. ACC亚基的三大创新性适应策略：BC亚基通过真核-原核混合型构象变化实现催化调控；BCCP采用非经典生物素化位点与补偿性修饰机制；稳定的1:1化学计量复合物组装模式。这些发现不仅填补了微藻ACC结构生物学的空白，更提出了"功能替代"在酶进化中的重要作用——当关键保守位点丢失时，生物体可能通过结构重塑开发替代解决方案。

从应用视角看，研究为定向改造微藻脂质代谢提供了新靶点：BC的ADP结合构象可作为抑制剂设计模板，BCCP的独特修饰模式启示了人工调控生物素化效率的可行性。正如作者团队所述，这项工作"为光合生物ACC调控研究奠定基础，并为微藻脂质生产的生物技术优化开辟新途径"。