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乙酰辅酶A途径是指以H2作为电子供体,CO2作为电子受体进行生物合成并产生能量的过程。产乙酸菌是一类能通过乙酰辅酶A途径将CO2和H2转变成乙酸的微生物,长期被认为只出现在细菌域中。磷酸转乙酰化酶（Pta）和乙酸激酶（Ack）催化产乙酸途径的最后两步反应。Ack-Pta乙酸代谢途径广泛分布于细菌中,在古菌域里,只有某些产甲烷菌能利用Ack-Pta来分解乙酸产甲烷,但系统发育分析表明这类产甲烷菌的ack和pta基因是从产乙酸细菌水平转移而来。我们在新近被命名的一个新的古菌门——深古菌门（Bathyarchaeota）的某些类群的基因组中也找到了Ack-Pta乙酸代谢基因。基于此,本课题将以深古菌来源的ack、pta基因作为研究对象,探讨它们的起源以及生物学功能。我们对深古菌来源的ack、pta序列进行系统发育分析,结果表明它们是独立起源而非从细菌转移而来。将其在大肠杆菌中进行重组表达,我们得到了大量的可溶性蛋白。Ack催化乙酸和乙酰磷酸的可逆转换,Pta则催化乙酰磷酸和乙酰辅酶A的可逆转换。体外生化实验发现,Ack催化乙酸的Km值（4.4 mM）约为乙酰磷酸Km值（1.69 mM）的3倍,说明Ack对乙酰磷酸具有更高的亲和力。同样,Pta催化乙酰磷酸的Km值（0.53 mM）约为乙酰辅酶A的Km值（0.13 mM）的4倍,说明Pta对乙酰辅酶A具有更高的亲和力。由此可见,Ack-Pta催化的反应偏向于往产乙酸方向进行。本课题的另一部分工作是研究深古菌来源的光合作用特殊基因。作为地球上最重要的化学反应,光合作用只出现在细菌域和真核生物中,至今尚未发现有古菌能进行光合作用,因而人们认为光合作用的出现应该在真核生物从古菌一支分化出来之后。光合作用通过含有叶绿素或者细菌叶绿素的光化学反应中心将太阳能转化成有机物中的化学能。2009年科学家在深古菌门的某些类群的基因组中发现了一个细菌叶绿素合成酶基因（ar-bchG）。对ar-bchG进行系统发育分析结果表明它在进化上出现的时间比细菌的bchG出现的时间要早,同时生化实验验证了它在体外具有相应的活性。该研究结果让我们重新思考光合作用起源的问题以及光合作用相关的蛋白质家族的演化问题。因此本课题以深古菌做为研究对象来探讨光合作用及光合作用相关基因的起源和演化。利用生物信息学的方法,我们在深古菌的基因组中找到了一些细菌叶绿素合成相关的基因,包括bchE和bchP。系统发育分析表明深古菌来源的这两个基因跟细菌的亲缘关系比较近。体外重组表达实验发现这两个蛋白在大肠杆菌中均以包涵体形式存在。氨基酸序列多重比对结果表明深古菌的BchP在N端ADP结合域有几个关键残基发生突变。在体外酶学实验中,尚未能检测到BchP的催化活性。