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集胞藻PCC6803是一种单细胞嗜中温蓝藻,最适生长温度为30℃,对寒冷(5℃)黑暗条件不敏感,但是当细胞暴露在寒冷光照(100μmol photons m-2 s-2)条件下时存活率迅速降低。低温(15℃)预处理能够大大增强集胞藻PCC6803对寒冷光照的耐受力。这种现象被称为诱导获得的寒冷光照耐受性(ACLT)。在本研究中,作者研究了RNA结合蛋白RBP1和延伸因子EF-Ts在ACLT形成中的作用。 主要的研究内容和结果如下: 第一,作者分析了集胞藻细胞在15℃以及寒冷光照胁迫处理不同时间的蛋白表达谱,发现有三个蛋白点在寒冷光照胁迫时上调表达。以串联质谱对三个蛋白点进行鉴定,发现其中一个蛋白点是延伸因子EF-Ts。通过Western blot方法检测EF-Ts的表达,进一步证实EF-Ts在15℃预处理后在寒冷光照条件下水平逐渐有所上调。与此相反,在30℃培养直接转入寒冷光照处理4天以上的集胞藻细胞中,EF-Ts几乎消失。 第二,Northern blot结果显示,RNA结合蛋白基因却1和rbp2均受到低温诱导上调表达。作者定向敲除了这两个rbp基因,得到了完全分离的突变株并检测了突变株对寒冷的敏感性。野生型和rbp2∷C.K2突变株在15℃生长没有显著差异,但是rbp1∷C.CE2突变株在15℃却不能生长;rbp1突变株也失去了ACLT。尽管如此,rbp1突变株细胞在15℃却没有死亡,再返回30℃后可以重新生长。 第三,在集胞藻PCC6803细胞从30℃转移到15℃之后,rbp1 mRNA在0.5hr即有显著上调,而tsf在1到6hr之间有显著上调。在蛋白水平,RBP1也比EF-Ts更早发生上调。与EF-Ts相似,RBP1在经过低温诱导再转入寒冷光照处理的集胞藻细胞中可以持续维持较高水平,而在未经低温诱导直接转入寒冷光照处理的细胞中逐渐消失。氯霉素可完全抑制集胞藻在寒冷光照条件下的RBP1蛋白合成,但如果细胞经过低温诱导,则不影响该蛋白在寒冷光照下的水平。低温预处理可能大大强化了RBP1在寒冷光照下的稳定性。Northern blot和脂肪酸含量测定的结果都显示,rbp1基因的缺失对于des基因在15℃的诱导表达几乎没有影响。但是,在这种条件下rbp1∷C.CE2突变株中脂质过氧化物发生积累。从30℃不经过15℃预处理直接暴露于寒冷光照胁迫时,过量表达了rbp1和tsf基因的集胞藻细胞的存活率比于野生型显著提高。 本研究揭示出RBP1和EF-Ts对于蓝藻ACLT形成的作用。这两个蛋白水平的增加可以直接导致细胞对于寒冷光照耐受力的提高。经过低温诱导的蓝藻细胞具有较高水平的RBP1和EF-Ts,在转入寒冷光照之后这两个蛋白(推测还应有其他蛋白因子)能够保持在较高水平,维持细胞基本生命活力,使得细胞在重新转回有利条件时能够恢复生长。