发现迄今最红移藻蓝蛋白的分子基础：ApcB2/ApcD4异源二聚体在远红光捕获中的独特作用

本研究揭示了Halomicronema hongdechloris中LoLiP基因簇编码的藻蓝蛋白亚基ApcB2/ApcD4在远红光（FRL）条件下形成吸收峰达728 nm的异源二聚体，创下藻蓝蛋白（APC）红移记录。通过重组表达和定点突变技术，研究人员发现ApcB2的Trp75和ApcD4的Cys92是维持这一极端红移特性的关键残基，为远红光捕光复合体的改造及近红外荧光标记开发提供了新思路。

　　

在光合生物的能量捕获系统中，藻胆体（PBS）作为蓝藻特有的外周天线复合体，其核心藻蓝蛋白（APC）通常吸收650-670 nm的光能。然而，在富含远红光（FRL, >700 nm）的深海或遮荫环境中，传统PBS的捕光效率骤降。这一"光谱缺口"问题促使科学家探索蓝藻如何通过分子改造突破光合极限。

悉尼大学的研究团队在《Photosynthesis Research》发表的研究中，聚焦于产叶绿素f蓝藻Halomicronema hongdechloris的低光驯化（LoLiP）基因簇。该簇包含两个特殊APC亚基基因——apcB2和apcD4，其蛋白产物在FRL条件下显著上调。通过构建含血红素加氧酶（HO）、铁氧还蛋白依赖性胆素还原酶（PcyA）和特异性胆素裂合酶（CpcS）的重组大肠杆菌系统，研究人员成功获得色素化ApcB2（吸收618 nm）和ApcD4（双吸收峰618/676 nm）。

关键技术包括：1）多质粒共表达系统实现APC亚基与色素PCB的体外组装；2）Ni-NTA亲和层析和分子排阻色谱（SEC）纯化技术；3）定点突变验证关键氨基酸功能；4）锌离子诱导荧光法检测色素共价结合。

研究结果

ApcD4和ApcB2的体外特性
色素化ApcD4呈现独特的双吸收峰（618/676 nm）和双荧光发射峰（625/698 nm），而ApcB2仅显示618 nm吸收峰。通过Cys→Ser突变证实ApcD4的Cys78是PCB结合必需位点，Cys62突变则导致光谱异常（图2）。

728 nm红移现象的发现
ApcB2/ApcD4异源二聚体在混合后4小时内产生728 nm吸收峰（对应742 nm荧光），这是目前APC中最极端的红移记录（图4）。SEC70纯化证实该特性源于稳定的异源二聚体。

关键残基的鉴定
W75T突变使ApcB2丧失红移能力（图5B），揭示Trp75通过影响PCB构象产生红移。ApcD4的Cys92虽不参与PCB结合，但其突变会破坏728 nm形成（图5A），暗示其参与亚基互作界面调控。

结论与意义

该研究首次报道了吸收超过700 nm的APC异源二聚体，阐明LoLiP基因簇编码的ApcB2/ApcD4可能作为FRL-PBS的终端能量传递者。Trp75和Cys92的发现为理性设计近红外荧光标记提供了分子靶点，其突破性红移特性（较常规APC红移约80 nm）为开发新型生物光学工具开辟了道路。这些发现不仅完善了光适应理论，也为人工光合系统的设计提供了新元件。