蓝藻是地球上最古老的光合放氧生物,是海洋初级生产力的主要贡献者。在寡营养盐海域中,铁是限制初级生产力的主要因素。铁是所有生物体的必需微量营养元素,参与呼吸、光合、固氮作用等关键生物代谢过程。缺铁会影响蓝藻细胞的正常生命活动,而铁过量会使细胞内造成芬顿反应产生大量羟基自由基,对细胞造成毒害。因此,细胞内的可利用铁浓度必须受到严格调控。蓝藻处于铁限制环境时,会启动铁吸收系统的表达,而铁过量时,细胞会通过外排系统将其排出,减少铁毒害。相对而言,蓝藻的铁吸收系统已经研究得较为广泛,但蓝藻如何利用外排系统来维持细胞铁稳态尚不清楚。本文以模式蓝藻——集胞藻PCC 6803为实验材料,利用生物信息学、生理和分子生物学等方法,研究了蓝藻外排系统对维持细胞铁稳态的作用。通过大量的基因敲除和突变株生理表型分析,鉴定了一系列参与金属外排的相关基因。此外,发现一个比较有趣的现象:其中一个外排系统组分（S111181）的敲除,导致突变株适应高铁环境能力增强,对低铁环境十分敏感。进一步深入研究了该外排系统的主要组分S111181（sHlyD）与Slr1270（sTolC）在维持细胞铁稳态中的作用,并针对三种可能的假设进行了一一验证。首先排除了第一种可能性:sHlyBD-sTolC系统的失活,导致细胞外排金属离子的底物识别与选择性消失,从而导致胞内铁不受控制的外泄。另一种可能性是,集胞藻PCC 6803可能通过该外排系统分泌了有益于铁吸收的相关物质,但已有研究表明,该蓝藻不分泌铁载体（Siderophore）。因此,我们分析了该系统分泌的主要胞外蛋白质S111951（S层蛋白）在低铁适应中的作用,发现直接敲除S111951对细胞适应低铁没有影响,因此排除了第二种可能性。第三,我们的结果证实sHlyBD-sTolC系统的突变株贴壁能力下降,细胞更容易沉降,推测该系统的缺失可能导致胞外多糖（EPS）的分泌减少,进而影响到细胞对铁的吸附和吸收,导致突变株对低铁环境敏感。取得的主要研究结果如下:1、集胞藻PCC 6803外排系统相关基因的筛选与鉴定。敲除了 24个外排相关基因,并分析了突变株生理表型。发现在高铁条件下,slr0369::C.K2和sll1181::C.K2突变株显示出截然相反的生理表型,其中Slr0369是典型的金属外排系统通道蛋白,其突变株表现出高铁敏感。而S111181是外排系统中的周质空间调控蛋白,负责外排底物的识别,其突变株表现出高铁耐受、低铁敏感。2、S111181（sHlyD）所在外排系统的鉴定与功能研究。sll1181的超表达导致细胞更加适应低铁环境,进一步证实该蛋白参与低铁适应,但Western blot结果显示,S111181的表达不受低铁诱导。生物信息学分析表明,S111181可能与S111180、Slr1270共同形成一型分泌系统,其原型来自于大肠杆菌的HlyBD-TolC分泌系统,我们将之分别命名为sHlyD、sHlyB和sTolC。酵母双杂交实验证明sHlyD和sHlyB具有蛋白相互作用。进一步敲除sTolC发现,sTolC突变株（slr1270::C.K2）与slr1181::C.K2有相似的低铁敏感表型,且胞内铁含量明显少于野生型,说明这些基因可能参与维持细胞内铁稳态。3、sHIyBD-sTolC外排系统参与低铁适应的可能机制。集胞藻PCC 6803野生型和sll1181::C.K2突变株在高Cu和缺Mg的生理实验未发现显差异,排除了金属不受控制的外泄的可能性,说明突变株的低铁敏感具有特异性。进一步对该系统分泌的主要胞外蛋白S111951（S层蛋白）进行突变分析,发现其突变株没有相应的低铁敏感表型,进而排除了该系统是通过分泌S层蛋白促进铁吸收的可能性。最后,对突变株和该系统的突变株胞外多糖进行了初步分析,发现突变株的贴壁能力下降,比野生型更加容易沉降,推测编码sHlyBD-sTolC的基因突变可能导致胞外多糖的减少,进而影响细胞对铁的吸附和吸收,胞外多糖的分泌机制以其促进铁吸收的具体机制仍在在进一步研究中。