The crystal structure of the malic enzyme from Candidatus Phytoplasma reveals the minimal structural determinants for a malic enzyme

Phytoplasmas are wall-less phytopathogenic bacteria that produce devastating effects in a wide variety of plants. Reductive evolution has shaped their genome, with the loss of many genes, limiting their metabolic capacities. Owing to the high concentration of C4 compounds in plants, and the presence of malic enzyme (ME) in all phytoplasma genomes so far sequenced, the oxidative decarboxylation of l-malate might represent an adaptation to generate energy. Aster yellows witches’-broom (Candidatus Phytoplasma) ME (AYWB-ME) is one of the smallest of all characterized MEs, yet retains full enzymatic activity. Here, the crystal structure of AYWB-ME is reported, revealing a unique fold that differs from those of ‘canonical’ MEs. AYWB-ME is organized as a dimeric species formed by intertwining of the N-terminal domains of the protomers. As a consequence of such structural differences, key catalytic residues such as Tyr36 are positioned in the active site of each protomer but are provided by the other protomer of the dimer. A Tyr36Ala mutation abolishes the catalytic activity, indicating the key importance of this residue in the catalytic process but not in the dimeric assembly. Phylogenetic analyses suggest that larger MEs (largesubunit or chimeric MEs) might have evolved from this type of smaller scaffold by gaining small sequence cassettes or an entire functional domain. The Candidatus Phytoplasma AYWB-ME structure showcases a novel minimal structure design comprising a fully functional active site, making this enzyme an attractive starting point for rational genetic design. Fil: Alvarez, Clarisa Ester. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Trajtenberg, F.. Instituto Pasteur de Montevideo; Uruguay Fil: Larrieux, N.. Instituto Pasteur de Montevideo; Uruguay Fil: Saigo, Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Golic, Adrián Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Andreo, Carlos Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Hogenhout, S. A.. John Innes Institute; Reino Unido Fil: Mussi, María Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Drincovich, Maria Fabiana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Centro de Estudios Fotosintéticos y Bioquímicos; Argentina Fil: Buschiazzo, A.. Instituto Pasteur de Montevideo; Uruguay