铁氧还蛋白依赖型胆素还原酶（ferredoxin-dependent bilin reductase, FDBRs）PcyA 对线性四吡咯藻蓝胆素（phycocyanobilin, PCB）的生物合成对于多种光合生物中的集光与调控过程至关重要，然而其进化起源尚未得到充分阐明。PcyA 由存在于多种细菌中的 pre-PcyA 蛋白进化而来。研究鉴定出三条 pre-PcyA 蛋白谱系：Pre-1、Pre-2 和 Pre-3。
通过体内共表达测定，证明了 Pre-2 和 Pre-3 蛋白是具有活性的 FDBR，但并不合成 PCB，而 Pre-1 的活性则显然较低。在对这些结果进行进一步完善时，我们注意到 Pre-3 与亲缘关系较远的 FDBR PebS 所产生的藻红胆素群体之间存在差异。因此，我们在体外考察了 pre-PcyA 酶的性质，并利用更新后的 pre-PcyA 系统发育关系选择了一个替代性的 pre-1 研究对象。
生化分析表明，Pre-1 和 Pre-2 可催化胆绿素（biliverdin, BV）发生双电子还原，生成 3E-植物色素胆素（3E-phytochromobilin, 3E-PΦB）；这不同于其他 FDBR 已知合成 3Z-植物胆素的情况。Pre-3 还可进一步进行额外的双电子还原，生成 3E-藻红胆素（3E-phycoerythrobilin, 3E-PEB）；这同样有别于 PebS 所产生的 3Z-PEB。随后，我们通过比较序列与结构分析，锁定候选催化残基并进行了定点突变。
Pre-1 变体表现出产物立体化学的改变，但在 Pre-2 中未观察到任何影响，而 Pre-3 变体则出人意料地获得了结合环状四吡咯的能力。这些发现凸显了该酶家族的可塑性与底物/反应兼容性。总体而言，本研究表明，祖先酶灵活的催化潜能如何塑造了胆素生物合成通路的进化与多样化。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.05.08.723791v1?rss=1
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