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在真核和原核生物中,广泛存在一种保守的跨膜信号转导机制:跨膜金属蛋白酶S2P(site-2-protease)调节sigma因子响应环境胁迫。存在于不同的蓝细菌基因组中的S2P具有保守结构域,但是具体功能有待深入研究。本论文主要研究蓝细菌集胞藻PCC6803中的S2P Sll0528与sigma因子Sig H(Sll0856)参与胁迫响应的作用与机理,并进一步分析酸胁迫下S2P Slr0643与Sig H之间的关系。本论文成功构建了Sll0528完全缺失突变体,表型分析发现Sll0528对盐胁迫、冷胁迫和渗透胁迫适应非常重要,而对酸胁迫、高光胁迫、葡萄糖胁迫适应并非必不可少。在高盐胁迫(0.9M Na Cl)下对Δsll0528突变体进行深入的生理研究,发现Δsll0528突变体藻中色素含量下降,细胞严重失水体积变小且恢复缓慢,光合反应中心受到严重损伤,提示光合作用受到抑制,部分解释其生长受限的原因。在高盐胁迫处理的同时添加1m M相容性溶质海藻糖后,野生型藻的光合反应中心能够完全恢复,而Δsll0528突变体藻恢复约75%,结果提示Sll0528调节盐胁迫适应的部分机制与相容性溶质合成或吸收有关。RT-q PCR数据显示,Sig G和Sig H基因的盐诱导上调表达在Δsll0528突变体中明显受到抑制,提示Sll0528响应高盐胁迫适应机制的下游sigma因子可能为Sig G和Sig H;而Sig F基因的表达在Sll0528缺失时有补偿性的增加。体外重组表达Sll0528并考察其蛋白酶特性,发现它能够降解β-casein蛋白,且活性受金属蛋白酶抑制剂抑制,证实Sll0528为金属蛋白酶。成功构建了Sig H完全缺失突变体,对Δsig H突变体在冷胁迫(17°C)下进行生理研究发现:Δsig H突变体生长受到抑制,恢复缓慢;突变体藻中的藻蓝蛋白和叶绿素a吸收峰下降。进一步进行低温叶绿素荧光分析发现,突变体藻中的PSI/PSII值显著下降,说明冷胁迫下Sig H突变体藻的光合反应中心受到严重破坏,光合作用受到抑制。对野生型藻的RT-q PCR分析,结果显示在冷胁迫处理0.5h后,Sig H基因的表达量上升。综合上述实验结果,推测Sig H参与冷胁迫响应。前期研究结果提示Slr0643可能通过剪切抗σ因子Sll0857,释放Sig H来调节酸胁迫适应,但是具体作用机制未明。本文通过体外双质粒共表达实验研究Slr0643与Sll0857之间的酶切关系,并分析了Δslr0643与Δsig H突变体的胁迫表型的一致性。结果表明,Slr0643蛋白酶能够剪切Sll0857蛋白,且Slr0643蛋白酶中的保守结构域HExx H对酶切效率非常关键。Δsig H突变体在酸胁迫下,能够以较慢的速度生长,与Slr0643部分敲除突变体的完全不能生长有一定差异,提示酸胁迫适应中Slr0643下游可能并非只控制Sig H,可能还有其他sigma因子参与。本论文结果不仅为进一步研究集胞藻中S2P蛋白酶家族成员参与胁迫响应的信号转导机制奠定了坚实的基础,也为研究光合生物中S2P的功能提供了重要启示。