蓝藻铁运输蛋白cFTP在适应高光胁迫中的功能机制研究

论文摘要

蓝藻是第一个给地球提供氧气的。氧气的出现给复杂生命的进化提供了可能,但也产生了活性氧（ROS）,对细胞造成损伤。为了减少ROS的产生,细胞需要更多的铁来参与电子传递链中Fe-S簇和血红素的合成,从而使电子传递链快速运转。在高光下,蓝藻中被合成的Fe-S簇和血红素增多,所以高光下需铁量增加。再加上地球从无氧环境变为有氧环境,使Fe2+被氧化为Fe3+,从而严重降低了Fe的生物可利用度。基于可利用性铁受限,且需铁量增大,那么蓝藻在这种环境中是否会进化出光合生物特有的铁运输通道呢?这到目前为止还是不清楚的。通过对本实验室集胞藻6803（Synechocystis sp.strain PCC 6803）转座子插入突变体库进行筛选,本论文鉴定到一个光合生物所特有的铁运输蛋白,命名为c FTP（cyanobacterial Fe transport protein）。主要研究结果简述如下:（1）通过转座子插入突变体库结合低光转高光筛选策略,我们筛选到两个在低光下与野生型生长类似,但在高光下明显生长缓慢的突变株。通过反向PCR鉴定,我们发现这两个突变株均插入同一基因位点cftp。（2）通过对c FTP各种属性分析,我们发现c FTP是光合生物所特有的蛋白;缺铁能够诱导c FTP的表达水平,并且c FTP缺失会引发上调其他铁吸收蛋白的表达水平,也会减少细胞中铁的含量,尤其在需铁多的高光环境中。进一步分析,我们发现c FTP是位于质膜上的铁运输蛋白。这些研究成果表明c FTP在蓝藻细胞中参与铁的运输。（3）通过蛋白免疫印迹和蓝绿温和凝胶电泳（BN-PAGE）等技术,我们对不同光强下,野生型和Δcftp突变株类囊体膜上光合复合体等情况进行了分析。结果发现,除NDH-1外,c FTP缺失对需铁的光合复合体具有专一性的影响。这一结果暗示,在蓝藻在高光适应过程中,c FTP是稳定光合复合体积累量所必须,尤其是含铁最多的光系统I（PSI）;同时也解释了c FTP缺失会引起高光下突变株生长缓慢的表型。（4）电子传递链中需铁的光合复合体受损,必然会影响到线性电子传递链的活性。通过对PSII相对电子传递速率（ETRII）和整个电子传递链活性的分析,我们发现c FTP在维持光合电子传递链活性中扮演重要角色,进而减少细胞内ROS的积累。这与突变株的高光敏感表型相一致。综上所述,本论文在蓝藻中鉴定到一个光合生物所特有的、位于质膜上的铁运输蛋白——c FTP。在高光胁迫条件下,通过该铁运输蛋白吸收铁,有利于多种含铁光合复合体的快速合成,从而减少ROS的产生。这些结果将增进人们对蓝藻铁运输蛋白的认识以及铁运输系统与光合作用相关性的理解。

论文目录

• 缩写
• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述 铁在蓝藻细胞中吸收、贮存和利用的研究进展
•   1.1 前言
•   1.2 铁对蓝藻生长发育的重要性
•     1.2.1 蓝藻对铁的需求
•     1.2.2 铁是维持光合复合物高光稳定性所必须
•     1.2.3 蓝藻中铁吸收面临的问题
•   1.3 蓝藻中铁的吸收
•     1.3.1 蓝藻中已知铁吸收的系统
•     1.3.2 蓝藻执行不同于细菌的铁吸收策略
•   1.4 蓝藻中铁的贮存和利用
•   1.5 本论文研究的目的和意义
• 第2章 实验材料与方法
•   2.1 实验研究材料
•   2.2 培养方法
•   2.3 突变株的筛选
•   2.4 同源重组载体的构建
•     2.4.1 构建pUC19-Δcftp同源重组质粒
•     2.4.2 构建PpsbAII-Δcftp同源重组质粒
•     2.4.3 cFTP在鱼腥藻、拟南芥同源蛋白中同源重组载体的构建
•   2.5 集胞藻6803 的自然转化
•   2.6 突变株DNA水平整合度的鉴定
•     2.6.1 集胞藻6803 中总DNA的提取
•     2.6.2 DNA水平鉴定突变株的整合度
•   2.7 突变株RNA水平的鉴定
•     2.7.1 集胞藻6803中总RNA的提取
•     2.7.2 RT-PCR分析
•   2.8 细胞内铁含量的检测
•   2.9 突变株生理活性的检测
•     2.9.1 生长曲线的测定
•     2.9.2 光合放氧和光合吸氧的测定
•     2.9.3 叶绿素荧光的检测
•   2.10 粗类囊体膜的分离
•   2.11 电泳与免疫印迹分析
•     2.11.1 蓝绿温和凝胶电泳（BN-PAGE）
•     2.11.2 十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）
•   2.12 生物信息学分析
• 第3章 结果与分析
•   3.1 高光敏感突变株的筛选和鉴定
•   3.2 cFTP缺失导致产生高光敏感表型
•   3.3 cFTP影响细胞内铁的运输
•   3.4 cFTP在高光适应中维持光合复合体的稳定性
•   3.5 cFTP缺失导致光合电子传递链活性的受损
•   3.6 cFTP功能在光合生物中具有普遍性
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩笑

导师: 马为民

关键词: 高光适应,光合铁运输蛋白,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: Q945.78

总页数: 53

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