中科院水生所徐旭東研究員領導的藍藻遺傳學與生物技術學科組利用一種中溫藍藻模式生物——集胞藻PCC6803,，發(fā)現(xiàn)了藍藻的“獲得性寒冷光照耐受性(ACLT)”，認為是藍藻越冬的重要基礎,，并證明阿法-維生素E是形成ACLT所必需的,，研究結果發(fā)表于新近一期細菌學期刊(Journal of Bacteriology, 190:1554-1560),。
藍藻在富營養(yǎng)化淡水湖泊中往往過量繁殖形成水華，加劇水質惡化,，造成異味,，甚至產生毒素,，成為世界性的環(huán)境問題,。我國一些大型淺水湖泊發(fā)生藍藻水華造成的影響尤為嚴重，影響周邊居民的生活,。藍藻水華的爆發(fā)一般經歷越冬,、復蘇、生物量增加和上浮聚集四個階段,。藍藻細胞成功越過冬季寒冷條件才能成為次年水華發(fā)生的種源,。對于藍藻越冬已有一些生理生態(tài)研究，但對于其機理尚不能清楚闡述,。
湖泊中的淺水區(qū)域具有較為充足的光線,，是越冬藍藻在次年復蘇的主要場所。徐旭東研究組先前的研究發(fā)現(xiàn),，藍藻對于攝氏4度的低溫具有較強耐受力,，但附加一定強度的光照則大大加速其死亡，一般在10天以內完全失去活力(Microbiology-SGM, 153:1261-1267),。因此,，適宜于藍藻復蘇的光照條件不利于其越冬，藍藻在越冬和復蘇條件上似乎相互矛盾,。而在最新發(fā)表的論文中,，徐旭東研究組發(fā)現(xiàn)，藍藻經過攝氏15度這樣的低溫預處理可以誘導對于寒冷-光照復合脅迫的耐受性，約在2天內達到最大值,，即經歷10天的寒冷光照脅迫后其存活力基本不受影響,。這一現(xiàn)象存在于集胞藻以及常見的水華種類——微囊藻，作者們稱之為“獲得性寒冷光照耐受性(ACLT)”,。在自然條件下,，藍藻可能先經歷秋末冬初低溫條件的誘導，形成對于冬季寒冷光照的耐受性,，從而獲得在湖泊淺水區(qū)的越冬能力,。
進一步的研究發(fā)現(xiàn)，經過攝氏15度預處理的藍藻細胞即使經受寒冷光照的脅迫也能保持較高水平的維生素E含量,，而不經過預處理則基本完全失去維生素E,。徐旭東研究組建立了定量評估基因對ACLT效應的計算方法，并逐個敲除維生素E 合成途徑中每個酶的編碼基因,，發(fā)現(xiàn)阿法-維生素E對于ACLT的形成是必需的,，而其他類型的維生素E并沒有作用，調控阿法-維生素E的合成量同時能夠調控ACLT的水平,。推測阿法-維生素E是形成寒冷光照耐受性所特殊需要的，而不僅僅作為抗氧化劑保護生物膜免受光氧化損傷,。
在國家自然科學基金和院創(chuàng)新方向性項目的支持下，徐旭東研究組針對藍藻越冬分子機理開展了較為系統(tǒng)的研究,。徐旭東研究員認為，目前的結果對于理解水華藍藻越冬機理和維生素E在藍藻的生理功能方面有學術價值,。
生物谷推薦原始出處：
Journal of Bacteriology, March 2008, p. 1554-1560, Vol. 190, No. 5
-Tocopherol Is Essential for Acquired Chill-Light Tolerance in the Cyanobacterium Synechocystis sp. Strain PCC 6803 ,
Yang Yang, Chuntao Yin, Weizhi Li, and Xudong Xu*
State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430072, People's Republic of China
Received 29 September 2007/ Accepted 18 December 2007
Unlike Escherichia coli, the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6803 is insensitive to chill (5°C) in the dark but rapidly losses viability when exposed to chill in the light (100 µmol photons m–2 s–1). Preconditioning at a low temperature (15°C) greatly enhances the chill-light tolerance of Synechocystis sp. strain PCC 6803. This phenomenon is called acquired chill-light tolerance (ACLT). Preconditioned wild-type cells maintained a substantially higher level of -tocopherol after exposure to chill-light stress. Mutants unable to synthesize -tocopherol, such as slr1736, slr1737, slr0089, and slr0090 mutants, almost completely lost ACLT. When exposed to chill without light, these mutants showed no or a slight difference from the wild type. When complemented, the slr0089 mutant regained its ACLT. Copper-regulated expression of slr0090 from PpetE controlled the level of -tocopherol and ACLT. We conclude that -tocopherol is essential for ACLT of Synechocystis sp. strain PCC 6803. The role of -tocopherol in ACLT may be based largely on a nonantioxidant activity that is not possessed by other tocopherols or pathway intermediates.
