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蓝细菌如何适应高盐环境?科学家给出最新深层机制

2020-03-27 09:00:07 整理发布   转载来源:科技日报  

科技日报讯 (记者王健高 通讯员刘佳 罗泉)作为地球上最古老的微生物之一,蓝细菌(又称为蓝藻或蓝绿藻)能通过植物型光合作用,将二氧化碳固定并转化为各类碳水化合物。研究发现,为抵抗高盐环境,很多蓝细菌能在细胞内合成并积累蔗糖等小分子化合物,但相关调控机制仍未被清楚揭示。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物代谢工程研究组,近日发表在《应用与环境微生物学》杂志上的研究成果,从基因转录、蛋白翻译、酶学活性三个水平揭示了蓝细菌适应高盐逆境的深层机制。

该所微生物代谢工程研究组长期以来致力于蓝细菌逆境适应性研究。最新研究中,他们通过系统分析聚球藻PCC 7942蔗糖合成关键因子响应高盐胁迫的变化情况,发现蓝细菌蔗糖代谢调控发生在基因转录、蛋白翻译、酶学活性三个水平,并通过一种“离子浓度介导的酶活协同调控”方式,实现胞内蔗糖生理代谢对环境盐度变化的快速响应。

在非盐胁迫条件下,蓝细菌在胞内基础性表达蔗糖合成关键酶SPS;而当细胞遭遇高盐逆境时,胞内离子浓度迅速升高,SPS酶活性被迅速激活,细胞开始快速合成并积累蔗糖,以维持细胞内外的渗透平衡;而当环境盐度降低后,胞内离子浓度降低,SPS重新恢复到低活性状态,蔗糖合成也随之减弱。有趣的是,负责蔗糖降解代谢的关键酶INV,其酶活调控方式与SPS正好相反,即高离子浓度抑制其活性,低离子浓度促进其活性。这样,蓝细菌细胞内动态变化的离子浓度以完全相反的方式调控着蔗糖合成和降解,从而实现对环境盐度变化的动态响应。

研究人员表示,“离子浓度介导的酶活协同调控”保证了蓝细菌能以一种极为快速的方式实现细胞生理、生化响应,因此很可能是微生物界普遍采用的一种高盐适应调控机制。


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