一个蓝藻NdhQ亚基的筛选、鉴定和功能分析

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蓝藻是一类能进行光合放氧的原核生物,也是研究光合作用的模式生物之一。1991年,人们在类囊体膜上发现了除光系统II(PSII)、细胞色素b6f、光系统I(PSI)和ATP合酶之外的第五类光合膜蛋白复合体——NADPH脱氢酶复合体(NDH-1)。在结构上,该复合体类似于大肠杆菌和线粒体呼吸链上的NADPH醌氧化还原酶(复合体I),均呈“L-型”构造。然而,蓝藻基因组中不存在与大肠杆菌复合体I催化中心三个活性亚基同源的基因。在功能上,人们发现NDH-1复合体参与了多种能量反应,包括细胞呼吸、围绕PSI的循环电子传递和CO2吸收。进一步研究表明,NDH-1复合体对蓝藻细胞的生理活动,甚至生存起着至关重要的作用。因此,人们有必要对这一复合体展开深入的研究。  在蓝藻细胞中,NDH-1复合体介导的循环电子传递(NDH-CET)是最主要的循环电子传递途径,能够大大地缓解细胞高光敏感的生长表型。因此,高光筛选策略可以帮助人们找出影响NDH-CET的蛋白因子。在此背景下,我们展开了本论文的研究,具体研究成果如下:首先,对转座子随机插入的集胞藻6803突变体库进行高光筛选,我们成功地获得了两个高光生长敏感,且NDH-CET受损的突变株。进一步研究发现,这两个突变株均为NdhQ缺失突变株(ΔndhQ)。其次,我们发现NdhQ的缺失削弱了NDH-1L复合体的组装效率,但不影响NDH-1复合体在类囊体膜上的积累。进一步的研究发现,NdhQ对于NDH-1L复合体在热下的稳定是必需的。因此NdhQ的缺失抑制细胞呼吸,但不影响CO2吸收。最后,在ndhP基因删除突变株(ΔndhP)的背景下缺失NdhQ,我们发现NDH-1L复合体几乎全部降解为了NDH-1M复合体,并且这一结果与突变株ΔndhD1/D2的结果类似。因此,NdhQ与NdhP共同稳定了NDH-1L复合体。综上所述,我们能够得出如下结论:NdhQ的缺失去稳定了NDH-1L复合体,损伤了NDH-CET和细胞呼吸活性,从而产生了高光敏感的生长表型。  
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