我国学者在海洋软体动物蛋白质温度适应性研究领域取得重要进展 日期:2018-3-7

 

    图1. A) 分布于不同纬度及潮高的海洋软体动物具有不同的热耐受性;B) 随温度升高,冷适应物种cMDH表现出更明显的稳定性和活性下降趋势,与物种的热耐受性对应;C) 蛋白质骨架原子热诱导运动程度(root mean square deviation, RMSD)与生物适应温度之间存在显著的负相关关系;D) 当温度从15 °C升到42 °C,柔性变化(root mean square fluctuation, RMSF)>0.5Å的氨基酸残基数随生物适应温度升高而降低。

 

 

    在国家自然科学基金项目(项目编号:41776135、41476115)等项目资助下,厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室董云伟教授、斯坦福大学George N. Somero 教授等研究者合作,开展了海洋软体动物蛋白质温度适应机制的研究,揭示了软体动物细胞质苹果酸脱氢酶(cMDH)结构稳定性和功能适应性的趋同进化模式。研究成果以“Structural flexibility and protein adaptation to temperature: Molecular dynamics analysis of malate dehydrogenases of marine molluscs”(蛋白质温度适应及结构的柔性:海洋软体动物细胞质苹果酸脱氢酶的分子动力学分析)为题,于2018年1月23日在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)(《美国科学院院报》)在线发表,论文链接:http://www.pnas.org/content/early/2018/01/17/1718910115.full。

 

    为适应不同的生境温度,酶分子需要保持稳定性(Stability)和柔性(Flexibility)之间的平衡,在一定温度范围内,既可以保持稳定性,也可以维持活性。这是生物对环境温度的长期进化适应。在高潮间带耐高温贝类中,cMDH局部柔性的增长使酶在较低的温度下能维持催化功能,并在高温条件(>55 °C)保持结构稳定和催化功能(DOI: 10.1242/jeb.156935; 国家自然科学基金41476115资助)。本研究以具有不同水平和垂直分布、生境原位温度跨度达60 °C的五个属12种海洋软体动物为研究对象,结合生化实验手段和计算机模拟实验方法,进一步定量测定了cMDH的稳定性和蛋白质柔性变化程度。研究发现,随温度升高,冷适应蛋白质稳定性和活性下降趋势更明显。蛋白质骨架原子热诱导运动程度(RMSD)与生物适应温度之间存在显著的负相关关系;当温度从15 °C升到42 °C,柔性变化(RMSF)>0.5 Å的氨基酸残基数随生物适应温度升高而降低。本研究还定位了温度适应性变化发生的位点/区域,描述了海洋软体动物cMDH结构稳定性和功能适应性的趋同进化模式。

    本项研究分析了海洋软体动物在生化水平上的温度适应策略,有助于进一步了解生物对温度的适应机制;对于查明环境温度对生物分布的影响及其机制,预测气候变暖的生态学效应具有重要意义。

 

                                                            作者:施薇  (近海海洋环境科学国家重点实验室(厦门大学))

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