论文部分内容阅读
异型胞高度分化,是丝状蓝细菌缺乏化合态氮源时的主要固氮场所。由于固氮酶对氧气非常敏感,异型胞内部的低氧气浓度有一套专门的机制来维持:在异型胞的发育过程中,细胞壁外发育出一层厚的糖脂层阻止了氧分子的自由出入;成熟异型胞的光系统Ⅱ复合体(PSⅡ)也失去了光合放氧功能,因此其自身内部并不放氧,而在营养细胞中的PSⅡ则负责光合放氧;异型胞还具有较强的呼吸活动,该过程会消耗一部分氧气。目前,对于光系统Ⅱ在异型胞分化过程中失去功能的机理研究报道很少。
本论文从蓝细菌Anabaena sp.PCC7120中分离到一种新的蛋白酶Alr3815,研究了Air3815对丝状蓝细菌生长发育的影响。Alr3815蛋白具有CysPc-结构域,为依赖于Ca2+的半胱氨酸蛋白酶活性结构域,在营养细胞和异型胞内都仅有很少量的表达。Alr3815过量表达会引起蓝细菌细胞形态和生长规律的变化,导致蓝细菌逐渐死亡;而缺失突变体△3815在化合态氮源存在或缺少两种情况下都可以生长,而在缺少化合态氮源的情况下菌丝体变黄、生长减缓,这表明alr3815删除后,蓝细菌的固氮作用受到影响。
在有氧气存在的情况下,△3815蓝细菌的固氮酶活性相当低;而当转到无氧条件并加以光照时,其固氮酶的活性恢复到与野生型蓝细菌相当的水平,本论文推测△3815蓝细菌异型胞内的氧气浓度要高于野生型。研究表明,△3815蓝细菌异型胞的糖脂层及其呼吸活性没有改变,PSⅡ有可能还具有放氧的活性;其异型胞还具有一定的光合放氧活性;低温荧光实验表明异型胞内具有一定量的PSⅡ;重组蛋白Alr3815蛋白与类囊体膜悬液温育,在不影响PSⅠ的情况下引起了放氧速率的下降:Western blotting杂交表明该蛋白降解了类囊体膜悬液PSⅡ中D1蛋白。
本实验结果显示,Alr3815是一种依赖于Ca2+的蛋白酶,为蓝细菌异型胞成熟过程中PSⅡ的降解所必需。