鱼腥蓝细菌PCC7120中严谨反应相关基因relana的鉴定及功能分析

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鱼腥蓝细菌PCC7120是一类丝状固氮蓝细菌。当培养基中缺乏化合态氮源后,鱼腥蓝细菌能够分化形成异形胞行使固定大气中氮源的功能。异形胞在菌丝体上呈现半规律的分布模式,菌丝体上每隔10-20个营养细胞就会有一个异形胞。异形胞将固定的氮源提供给营养细胞以维持菌丝体的生长。异形胞发育的整个过程持续20-24h,在这个过程中细胞的形态及代谢活动发生变化。  鸟苷四磷酸(ppGpp)是严谨反应的效应分子。在营养缺乏的情况下,细菌体内积累ppGpp,ppGpp含量的变化导致细胞的生理代谢活动发生变化,从而保证细胞能在胁迫条件下生存。同样,异形胞发育早期也会有ppGpp积累的过程。我们发现鱼腥蓝细菌中存在relA/spoT的同源基因all1549,本文将其命名为relana。当培养基中缺乏化合态氮源后,relana上调表达2倍左右,并且翻译融合菌株的荧光观察结果表明Relana蛋白特异性地定位在营养细胞中。互补大肠杆菌的实验表明Relana具有合成和水解ppGpp的活性。在relana中断失活突变体MHRS中,ppGpp的合成能力受到严重的影响。另外,在缺乏化合态氮源后,MHRS突变体不能发育异形胞也不能维持生长。在突变体MHRS中表达野生型拷贝的rela加基因能够互补突变体的表型。虽然突变体在缺乏化合态氮源3-6h后迅速的失去生存能力,但是如果在6h之前补加化合态氮源到培养基中,突变体可以回复正常生长。另外,hetR基因在突变体中不能正常地上调表达,而且异位超表达hetR基因亦不能够回复突变体的表型。因此,我们认为当培养基中缺乏化合态氮源后,ppGpp在重新平衡细胞内代谢活动的过程中起到了很重要的作用,而且ppGpp的这种调控作用不仅是菌丝体生存所必需的,同时也是异形胞能正常发育的保障。
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