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藍細菌如何適應高鹽環境? 科學家給出最新深層機制
2020-03-27 08:36:23 來源: 科技日報
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  作為地球上最古老的微生物之一,藍細菌(又稱為藍藻或藍綠藻)能通過植物型光合作用,將二氧化碳固定並轉化為各類碳水化合物。研究發現,為抵抗高鹽環境,很多藍細菌能在細胞內合成並積累蔗糖等小分子化合物,但相關調控機制仍未被清楚揭示。

  中國科學院青島生物能源與過程研究所微生物代謝工程研究組,近日發表在《應用與環境微生物學》雜志上的研究成果,從基因轉錄、蛋白翻譯、酶學活性三個水平揭示了藍細菌適應高鹽逆境的深層機制。

  該所微生物代謝工程研究組長期以來致力于藍細菌逆境適應性研究。最新研究中,他們通過係統分析聚球藻PCC 7942蔗糖合成關鍵因子響應高鹽脅迫的變化情況,發現藍細菌蔗糖代謝調控發生在基因轉錄、蛋白翻譯、酶學活性三個水平,並通過一種“離子濃度介導的酶活協同調控”方式,實現胞內蔗糖生理代謝對環境鹽度變化的快速響應。

  在非鹽脅迫條件下,藍細菌在胞內基礎性表達蔗糖合成關鍵酶SPS;而當細胞遭遇高鹽逆境時,胞內離子濃度迅速升高,SPS酶活性被迅速激活,細胞開始快速合成並積累蔗糖,以維持細胞內外的滲透平衡;而當環境鹽度降低後,胞內離子濃度降低,SPS重新恢復到低活性狀態,蔗糖合成也隨之減弱。有趣的是,負責蔗糖降解代謝的關鍵酶INV,其酶活調控方式與SPS正好相反,即高離子濃度抑制其活性,低離子濃度促進其活性。這樣,藍細菌細胞內動態變化的離子濃度以完全相反的方式調控著蔗糖合成和降解,從而實現對環境鹽度變化的動態響應。

  研究人員表示,“離子濃度介導的酶活協同調控”保證了藍細菌能以一種極為快速的方式實現細胞生理、生化響應,因此很可能是微生物界普遍採用的一種高鹽適應調控機制。(記者王健高 通訊員劉佳 羅泉)

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【糾錯】 責任編輯: 王佳寧
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