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来自多单位的研究人员为提升微藻雨生红球藻（Chromochloris zofingiensis）虾青素含量，对其番茄红素环化酶（LCYs）开展研究，明确了相关酶功能及作用机制，为优化虾青素合成奠定基础。
虾青素（Astaxanthin）是类胡萝卜素家族的一员，在人体健康方面有着重要作用。微藻是虾青素的优质天然来源，其中雨生红球藻因虾青素含量高被用于商业化生产，但它生长缓慢、生物量低。相比之下，
Chromochloris zofingiensis能利用有机碳源进行高密度异养培养，生物量可达 200g/L，不过其虾青素含量仅约为雨生红球藻的 10% 。因此，提高
Chromochloris zofingiensis的虾青素含量对商业化生产意义重大。
引导藻类细胞的代谢通量向虾青素合成方向转变，是增加虾青素含量的有效方法。在虾青素的生物合成途径中，有多个分支。异戊烯基焦磷酸（IPP）及其异构体二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP）是类胡萝卜素生物合成的起始前体，它们在一系列酶的作用下转化为番茄红素，番茄红素再经 ε - 环化酶（LCYE）和 / 或 β - 环化酶（LCYB）环化，生成 α - 胡萝卜素和 β - 胡萝卜素，这是虾青素生物合成的主要分支点。α - 胡萝卜素经羟基化生成叶黄素，β - 胡萝卜素经羟基化生成玉米黄质，再经酮化合成虾青素，此外，玉米黄质还能进入紫黄质循环形成花药黄质和紫黄质。所以，减少其他分支类胡萝卜素的生物合成代谢通量，增强虾青素合成的代谢通量至关重要，而这很大程度上依赖于相关酶功能的明确。
作为主要分支点，LCYs（包括 LCYE 和 LCYB）对番茄红素的环化作用，对虾青素生物合成前体 β - 胡萝卜素的形成至关重要。多数植物和藻类中，LCYB 具有很强的 β,β - 双环化酶活性，能促使番茄红素转化为 β - 胡萝卜素；LCYE 活性相对较弱，通常只催化番茄红素的一端形成带有一个 ε - 环的 δ - 胡萝卜素。但有些生物的 LCYE 和 LCYB 具有特殊功能。此前已鉴定出Chromochloris zofingiensis SAG 211–14 的 LCYE 和 LCYB，并对其典型功能进行了表征，但研究发现Chromochloris zofingiensis ATCC 30412 和 SAG 211–14 的 LCYE 序列存在差异，因此明确Chromochloris zofingiensis的 LCYs 序列并重新鉴定其功能很有必要。
近年来，计算机辅助设计在蛋白质结构和功能解析方面取得了显著进展，如同源建模和分子对接技术，已广泛应用于阐释蛋白质的生物学功能。定点突变结合计算建模在优化酶功能、增强类胡萝卜素生物合成方面效果显著。
在这项研究中，研究人员克隆并测序了Chromochloris zofingiensis ATCC 30412 的 LCYs 编码基因片段（CzLCYE和CzLCYB），对 CzLCYE 和 CzLCYB 进行了序列比对、系统发育树构建和亚细胞定位分析。利用大肠杆菌（Escherichia coli）互补系统阐明了 CzLCYE 和 CzLCYB 的功能，并通过分子对接和定点突变研究了 CzLCYE 与底物的相互作用机制。这些研究结果为深入了解 LCYs 的结构和功能提供了有价值的信息，也为精准调控Chromochloris zofingiensis中虾青素的生物合成奠定了基础。
研究中，Chromochloris zofingiensis ATCC 30412 微藻菌株由南昌大学的刘金教授提供，该微藻在含有 30g/L 葡萄糖的 Kuhl 培养基中，于 25°C、150rpm 的条件下培养。大肠杆菌 DH5α 用于重组质粒的构建和扩增，大肠杆菌 BL21 (DE3) 作为宿主用于生产目标蛋白和类胡萝卜素。
基于Chromochloris zofingiensis的转录组和基因组数据，研究人员扩增出了CzLCYE（1713bp）和CzLCYB（1641bp）基因的全长编码序列，测序结果证实成功获得了它们的开放阅读框（ORFs）。
研究结论显示，亚细胞定位实验证实 CzLCYE 和 CzLCYB 定位于叶绿体。在大肠杆菌中进行的功能互补试验表明，CzLCYB 具有 β - 环化酶活性，CzLCYE 具有较强的 ε - 单环化酶活性、中等的 β - 单环化酶活性和较弱的 β,β - 双环化酶活性。通过生物信息学分析，还对 CzLCYE 复合物的结构进行了建模。
