作為地球上最古老的微生物之一，藍(lán)細(xì)菌(又稱(chēng)為藍(lán)藻或藍(lán)綠藻)能通過(guò)植物型光合作用，將二氧化碳固定并轉(zhuǎn)化為各類(lèi)碳水化合物。研究發(fā)現(xiàn)，為抵抗高鹽環(huán)境，很多藍(lán)細(xì)菌能在細(xì)胞內(nèi)合成并積累蔗糖等小分子化合物，但相關(guān)調(diào)控機(jī)制仍未被清楚揭示。
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所微生物代謝工程研究組，近日發(fā)表在《應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)》雜志上的研究成果，從基因轉(zhuǎn)錄、蛋白翻譯、酶學(xué)活性三個(gè)水平揭示了藍(lán)細(xì)菌適應(yīng)高鹽逆境的深層機(jī)制。
該所微生物代謝工程研究組長(zhǎng)期以來(lái)致力于藍(lán)細(xì)菌逆境適應(yīng)性研究。最新研究中，他們通過(guò)系統(tǒng)分析聚球藻PCC 7942蔗糖合成關(guān)鍵因子響應(yīng)高鹽脅迫的變化情況，發(fā)現(xiàn)藍(lán)細(xì)菌蔗糖代謝調(diào)控發(fā)生在基因轉(zhuǎn)錄、蛋白翻譯、酶學(xué)活性三個(gè)水平，并通過(guò)一種“離子濃度介導(dǎo)的酶活協(xié)同調(diào)控”方式，實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)蔗糖生理代謝對(duì)環(huán)境鹽度變化的快速響應(yīng)。
在非鹽脅迫條件下，藍(lán)細(xì)菌在胞內(nèi)基礎(chǔ)性表達(dá)蔗糖合成關(guān)鍵酶SPS;而當(dāng)細(xì)胞遭遇高鹽逆境時(shí)，胞內(nèi)離子濃度迅速升高，SPS酶活性被迅速激活，細(xì)胞開(kāi)始快速合成并積累蔗糖，以維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透平衡;而當(dāng)環(huán)境鹽度降低后，胞內(nèi)離子濃度降低，SPS重新恢復(fù)到低活性狀態(tài)，蔗糖合成也隨之減弱。有趣的是，負(fù)責(zé)蔗糖降解代謝的關(guān)鍵酶INV，其酶活調(diào)控方式與SPS正好相反，即高離子濃度抑制其活性，低離子濃度促進(jìn)其活性。這樣，藍(lán)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)動(dòng)態(tài)變化的離子濃度以完全相反的方式調(diào)控著蔗糖合成和降解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境鹽度變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
研究人員表示，“離子濃度介導(dǎo)的酶活協(xié)同調(diào)控”保證了藍(lán)細(xì)菌能以一種極為快速的方式實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生理、生化響應(yīng)，因此很可能是微生物界普遍采用的一種高鹽適應(yīng)調(diào)控機(jī)制。(記者王健高 通訊員劉佳 羅泉)
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