NdhF1在蓝藻缺氮休眠过程中的功能机制研究

论文摘要

自然界中,一些生物体能够通过休眠等策略避开不良环境条件;一旦环境条件恢复正常后,这些生物体立即开始复苏,进行正常的生长发育。因此,休眠是生物抵御环境胁迫的一种重要机制。为了应对自然界中的缺氮环境,蓝藻也进化出了一套复杂的休眠机制。当蓝藻细胞感受到缺氮信号时,它们迅速作出三个阶段的响应:第一阶段主要降解藻胆体蛋白;第二阶段主要降解叶绿素;第三阶段细胞进入休眠。进一步研究发现Nbl A直接参与藻胆体的降解。然而,迄今为止,人们对叶绿素降解的分子机制尚了解不够。为了揭示蓝藻细胞在缺氮条件下如何降解叶绿素,我们分析了文献中有关该时期相关转录组和蛋白组的数据,发现NDH-1亚基Ndh F1的表达上调最为显著,这一结果暗示着该亚基可能在叶绿素降解过程中发挥关键性作用。在此背景下,通过构建集胞藻6803（Synechocystis sp.strain PCC 6803）ndhF1的缺失突变株（ΔndhF1）,本论文阐明了Ndh F1在叶绿素降解过程中发挥的重要角色。主要研究结果简述如下:（1）以ΔndhF1作为研究材料,我们发现ΔndhF1细胞在缺氮30天后逐渐漂白死亡;通过光谱扫描监测藻胆素和叶绿素在缺氮过程中的变化情况,我们发现,与野生型（Wild-type;WT）藻株相比,ΔndhF1突变株在缺氮条件下不影响藻胆体的降解,但是减缓了叶绿素的降解。（2）为了阐明在缺氮条件下Ndh F1如何减缓叶绿素降解的分子机制,我们对缺氮5天的WT和ΔndhF1材料进行转录组分析。结果表明,与WT相比,ΔndhF1中与藻胆体蛋白相关基因的表达无显著变化,与叶绿素合成代谢相关的基因显著下调,但与调控叶绿素循环再生途径的高光诱导多肽蛋白（HLIP）却大量上调表达,同时,PSII和PSI上结合叶绿素分子的亚基在转录水平表达也增加。这些结果暗示着Ndh F1可能通过HLIP稳定叶绿素结合蛋白,从而减缓叶绿素的降解。（3）为了理解谁控制着上述基因的表达水平,我们在缺氮过程中监测醌池库氧化还原信号等变化情况。结果显示,ndhF1的缺失导致醌池库过还原,在缺氮条件下ΔndhF1由于呼吸功能受损,引起PQ库还原,诱导HLIP等的基因的表达变化,减缓叶绿素的降解,使得细胞维持较高的光合活性,从而产生大量的ROS活性氧,最终导致细胞漂白死亡。综上所述,本论文发现了在缺氮条件下,ΔndhF1中醌池处于过还原状态;再通过诱导高光诱导多肽蛋白（HLIP）表达增加来稳定叶绿素结合蛋白,从而阻止叶绿素降解过程,最终导致突变株细胞漂白死亡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 缩写
• 第一章 文献综述：蓝藻缺氮条件下的响应分析
•   1.1 休眠是蓝藻抵御环境胁迫的一种重要机制
•   1.2 蓝藻缺氮过程中的调节响应机制
•     1.2.1 上调氮源吸收同化途径
•     1.2.2 降解藻胆体蛋白
•     1.2.3 降解叶绿素
•     1.2.4 细胞进入休眠阶段
•   1.3 NDH-1 在蓝藻缺氮条件下的表达响应
•   1.4 本论文研究的目的和意义
• 第二章 实验材料与方法
•   2.1 细胞培养
•   2.2 同源重组质粒构建
•   2.3 藻细胞总DNA提取
•   2.4 藻细胞RNA提取与RT-PCR分析
•   2.5 紫外吸收光谱法
•   2.6 叶绿素提取
•   2.7 转录组测序
•   2.8 光合放氧测定
•   2.9 叶绿素荧光检测
•   2.10 胞内ROS含量测定
• 第三章 实验结果与分析
•   3.1 获得ndhF1缺失突变株
•   3.2 ΔndhF1缺氮敏感表型分析
•   3.3 缺氮条件下ndhF1的缺失阻碍细胞叶绿素降解
•   3.4 缺氮条件下WT和ΔndhF1的转录组分析
•     3.4.1 ΔndhF1中氮同化途径的变化
•     3.4.2 ΔndhF1中藻胆体蛋白相关基因的变化
•     3.4.3 ΔndhF1中叶绿素代谢途径的变化
•   3.5 缺氮初期ΔndhF1维持较高的光合活性
•   3.6 缺氮条件下ΔndhF1影响PQ库的氧化还原状态
•   3.7 缺氮条件下ndhF1的缺失对总活性氧的影响
• 第四章 讨论
•   4.1 叶绿素的降解对于蓝藻进入休眠状态所必需
•   4.2 PQ库的氧化还原信号可能影响细胞进入休眠状态
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 庞晓琴

导师: 马为民

关键词: 休眠,藻胆体,叶绿素,库氧化还原信号,蓝藻

来源: 上海师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 上海师范大学

分类号: Q945.35

总页数: 51

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