【摘 要】
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蓝藻和真核藻类等提供了地球上百分之五十以上的碳固定,其中,蓝藻因其有着非常高效的二氧化碳浓缩机制而成为了近年来的研究热点。在蓝藻中,这种二氧化碳浓缩机制是由质膜上的碳酸氢根吸收转运体、类囊体膜上的NDH-1MS/NDH-1MS’和羧酶体所组成的。它的运行是通过NDH-1MS/NDH-1MS’将自由扩散进细胞内的二氧化碳转变为碳酸氢根,然后碳酸氢根进入羧酶体后重新被羧酶体内的碳酸酐酶转变为二氧化碳作
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蓝藻和真核藻类等提供了地球上百分之五十以上的碳固定,其中,蓝藻因其有着非常高效的二氧化碳浓缩机制而成为了近年来的研究热点。在蓝藻中,这种二氧化碳浓缩机制是由质膜上的碳酸氢根吸收转运体、类囊体膜上的NDH-1MS/NDH-1MS’和羧酶体所组成的。它的运行是通过NDH-1MS/NDH-1MS’将自由扩散进细胞内的二氧化碳转变为碳酸氢根,然后碳酸氢根进入羧酶体后重新被羧酶体内的碳酸酐酶转变为二氧化碳作为Ru Bis Co的底物。通过这种机制,保持了胞内与外界的二氧化碳浓度差,使二氧化碳顺着浓度差扩散进入藻细胞,从而使蓝藻能够在低碳环境中也能维持羧酶体内较高的二氧化碳底物浓度,这对于蓝藻在胁迫环境下的生存是非常重要的。人们研究发现了两种U型的NDH-1复合体参与了二氧化碳吸收,其中一种是包含Ndh D3、Ndh F3、Cup A和Cup S的NDH-1MS复合体,参与诱导型的高亲和力CO2吸收;另一种则是包含Ndh D4、Ndh F4和Cup B的NDH-1MS’复合体,参与组成型的低亲和力CO2吸收。最近,通过前人文献,我们发现:与野生型相比,Δndh D1/D2突变株同样有一定的二氧化碳吸收受损,而Ndh D1和Ndh D2是L型NDH-1复合体所特有的亚基。这一发现暗示着,除了U型的NDH-1MS/NDH-1MS’复合体外,L型的NDH-1复合体可能也执行了部分二氧化碳吸收功能。为此,通过选取了Δndh F1的作为研究材料代表L型的NDH-1复合体的突变株,本文展开了相关研究,主要研究结果如下:(1)为了确定L型NDH-1是否会影响二氧化碳吸收,我们从液体培养和平板培养实验结果观察到Δndh F1有二氧化碳吸收受损的生长表型。同时,通过使用膜进样质谱仪检测野生型和突变株的二氧化碳吸收,我们发现ndh F1的突变导致其二氧化碳吸收受损。(2)为了探究L型NDH-1复合体是影响二氧化碳吸收的机制,采用叶绿素荧光的P515模块检测了野生型和Δndh F1的跨膜质子梯度,我们发现突变株的跨膜质子梯度与野生型相比是受损的。同时,用叶绿素荧光检测结果表明Δndh F1电子传递速率也受损。(3)为了进一步了解跨膜质子梯度和电子传递是否影响了相关二氧化碳浓缩机制基因的转录,RT-PCR检测结果发现碳酸酐酶eca B的转录水平下调,同时突变株的碳酸酐酶活性也相应受损,进而影响了二氧化碳吸收功能。综上所述,本研究发现了L型NDH-1复合体对于蓝藻充足的二氧化碳吸收来说是很重要的,它的受损导致跨膜质子梯度降低,电子传递速率受损,使得碳酸酐酶Eca B转录水平下调碳酸酐酶活性受损,从而影响了二氧化碳吸收功能。
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