鱼腥藻PCC7120是研究原核细胞分化和图式形成的模式生物,在缺乏可利用的氮盐时,约有10％的营养细胞以半规律的图式形成终极分化的固氮细胞--异形胞。本实验室宁德刚(2004)通过转座子插入诱变发现一个与异形胞分化及图式形成相关的基因丛,张维(2007)对该基因丛重新进行了注释,证实其中的hetZ基因对于异形胞分化起重要作用。本文着重研究hetZ的转录调控,发现异形胞分化的主调控因子HeLR可以直接识别结合hetZ的上游序列,调节其表达。　　 主要的研究内容及结果如下:　　 第一,hetZ以及“头对头”排列的all0097的转录表达关系。通过5-RACE方法确定了hetZ和all0097基因的转录起始位点,以gfp为报告基因检测了hetZ和all0097上游一系列缺失片段的转录活性,确定了二者启动转录所需区域,发现hetZ在异形胞中表达上调,而all0097在异形胞中表达下调。all0097的反向转录能削弱hetZ在营养细胞中的表达,增加其在异形胞和营养细胞表达水平的反差。　　 第二,hetZ的转录表达受RGSGR的抑制。抑制异形胞分化的小肽PatS和蛋白HetN都含有RGSGR序列,带有RGSGR的小肽可能从异形胞扩散出来抑制邻近细胞的分化。PhetZ-gfp在patA::C.K突变株中趋近末端异形胞的营养细胞中呈现渐近渐弱的表达梯度。这种梯度可以被外加的RGSGR抑制。PhetZ-gfp在patA::C.K/nifH::C.CE2双突变株中也呈现相似的表达梯度,可见异形胞固氮作用不决定梯度的形成。此外,在hetZ突变株中,即使在有氮培养条件下,PhetZ-gfp的表达水平比野生型也有大幅提高,而外加RGSGR可抑制其表达。　　 第三,通过EMSA和竞争实验研究了hetZ上游序列与HetR相结合的区域。通过逐渐缩小范围,发现一个40bp区域为HetR识别结合,并证明该片段对于hetZ的转录是必需的,RGSGR五肽可以抑制二者的结合。另外,在hetZ::C.K突变株中过量表达hetR并不在缺氮条件下产生成串异形胞,而是呈现hetZ突变株表型。因此,在异形胞分化的基因调控途径中,hetZ应受HetR直接调控,而HetR部分依赖于HetZ对异形胞分化发挥调控作用。　　 本研究得到以下结论:hetZ作为调控异形胞分化的重要基因,其表达完全依赖于HetR；HetR可识别结合hetZ启动子调控其表达,这种结合受RGSGR抑制;HetZ对于HetR调控异形胞分化起重要作用。