網站地圖聯系我們English中國科學院
 
  新聞動態
  您現在的位置:首頁>>新聞動態>>科研進展
青島能源所基于“基因互補”和差異轉錄組學策略
發現新的藍細菌脅迫耐受關鍵因子
2018-08-15 | 編輯: | 【 】| | 供稿部門:微生物代謝工程研究組
    
  藍細菌是一類古老的光合微生物,為了應對光照、溫度等環境條件的變化,逐漸進化出了一套高效的環境脅迫耐受機制。聚球藻UTEX 2973是一株新近發現對高溫和強光照條件具有良好耐受能力的藻株,能夠在高達42度、1500 μE m-2 s-1 光照條件下快速生長,生長代時僅為1.5小時。而相同條件下,包括其近緣物種聚球藻PCC7942在內的大多數藍細菌都不能生長。有趣的是,聚球藻UTEX2973和聚球藻PCC7942的基因組序列一致性高達99.8%,它們只有24個差異蛋白編碼基因,但是卻具有顯著不同的環境耐受能力。因此,這些差異基因很可能就是引起兩株聚球藻脅迫耐受表型差異的直接原因。

  為了鑒定決定聚球藻脅迫耐受能力的關鍵基因,由青島能源所呂雪峰研究員帶領的微生物代謝工程研究組http://mme.qibebt.ac.cn/采用了 基因互補策略:即將聚球藻PCC7942視做基因缺陷型突變株,以聚球藻UTEX2973的基因片段轉化聚球藻PCC7942,篩選具有高溫和高光耐受能力的突變株。結果發現,所有高溫高光耐受的聚球藻PCC7942突變株在其FoF1 ATP 合成酶ɑ亞基(AtpA)的252位氨基酸均有一個C252Y(色氨酸到絡氨酸)的點突變。而針對該位點的飽和突變發現,將半胱氨酸(Cysteine, C)突變為任何一種共軛氨基酸(苯丙氨酸、絡氨酸、組氨酸、色氨酸)都能夠使得聚球藻PCC7942獲得高溫高光的耐受能力。通過系統的生化、生理和代謝水平研究發現,C252Y點突變造成了FoF1 ATP 合成酶ɑ亞基蛋白水平和FoF1 ATP 合成酶活性的顯著提高,增加了胞內ATP水平;顯著提高了脅迫條件下的光系統II核心D1蛋白的轉錄水平、光合放氧,線性電子傳遞速率,乃至糖原積累速率。本研究鑒定了決定速生聚球藻環境脅迫耐受能力的關鍵基因,為代謝工程改造光合生物環境抗逆性提供了重要靶標(Appl Environ Microbiol, 2018)。

  而針對聚球藻UTEX2973脅迫條件下轉錄調控機制不清的問題,研究組與德國弗萊堡大學Wolfgang Hess教授研究組合作開展了基于dRNA-seq的差異轉錄組學研究,分析了不同脅迫條件對于聚球藻UTEX2973基因轉錄和生理代謝的影響,發現了響應強光信號的小RNA分子PsrR1以及黑暗條件大量轉錄的Sye_sRNA1Sye_sRNA3,并推測了它們可能的作用機制。此外,該研究還精確鑒定了聚球藻UTEX2973全基因組范圍的4808個轉錄起始位點,為后續轉錄調控以及代謝工程改造研究奠定了基礎(Biotechnol Biofuels, 2018)。

  1. 不同脅迫對聚球藻UTEX2973中心代謝的影響

  2. 聚球藻UTEX2973所有轉錄本TSS分布圖

  相關研究得到了國家自然科學基金杰出青年基金、中科院重點部署項目、山東省重大基礎研究等項目的支持。(/ 談曉明)

  相關成果發表:

  (1)Lou W#, Tan X#, Song K, Zhang S, Luan G, Li C, Lu X*. (2018). Single SNP in ATP synthase gene significantly improves environmental stress tolerance of Synechococcus elongatus PCC 7942. Appl Environ Microbiol doi:10.1128/aem.01222-18.

  (2)Tan X#, Hou S#, Song K, Georg J, Kl?hn S, Lu X*, Hess WR*. (2018). The primary transcriptome of the fast-growing cyanobacterium Synechococcus elongatus UTEX 2973. Biotechnol Biofuels 11:218.

 
  評 論

2006 - 2018 中國科學院 版權所有 京ICP備05002857號/魯ICP備12003199號-2 京公網安備110402500047號?
地址:山東省青島市嶗山區松嶺路189號 郵編:266101 Email:info@qibebt.ac.cn

时时彩后三杀号10中9