中科院水生所徐旭東研究員領(lǐng)導(dǎo)的藍(lán)藻遺傳學(xué)與生物技術(shù)學(xué)科組利用一種中溫藍(lán)藻模式生物——集胞藻PCC6803,，發(fā)現(xiàn)了藍(lán)藻的“獲得性寒冷光照耐受性(ACLT)”,，認(rèn)為是藍(lán)藻越冬的重要基礎(chǔ)，并證明阿法-維生素E是形成ACLT所必需的,，研究結(jié)果發(fā)表于新近一期細(xì)菌學(xué)期刊(Journal of Bacteriology, 190:1554-1560),。
藍(lán)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(zhì)惡化,，造成異味,，甚至產(chǎn)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(lán)藻水華造成的影響尤為嚴(yán)重,，影響周邊居民的生活。藍(lán)藻水華的爆發(fā)一般經(jīng)歷越冬,、復(fù)蘇,、生物量增加和上浮聚集四個(gè)階段。藍(lán)藻細(xì)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(lán)藻越冬已有一些生理生態(tài)研究,，但對于其機(jī)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(lán)藻在次年復(fù)蘇的主要場所,。徐旭東研究組先前的研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)藻對于攝氏4度的低溫具有較強(qiáng)耐受力,，但附加一定強(qiáng)度的光照則大大加速其死亡,，一般在10天以內(nèi)完全失去活力(Microbiology-SGM, 153:1261-1267)。因此,，適宜于藍(lán)藻復(fù)蘇的光照條件不利于其越冬,，藍(lán)藻在越冬和復(fù)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(lán)藻經(jīng)過攝氏15度這樣的低溫預(yù)處理可以誘導(dǎo)對于寒冷-光照復(fù)合脅迫的耐受性,，約在2天內(nèi)達(dá)到最大值，即經(jīng)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(lán)藻可能先經(jīng)歷秋末冬初低溫條件的誘導(dǎo),，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(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),，經(jīng)過攝氏15度預(yù)處理的藍(lán)藻細(xì)胞即使經(jīng)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(jīng)過預(yù)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?qū)CLT效應(yīng)的計(jì)算方法,，并逐個(gè)敲除維生素E 合成途徑中每個(gè)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(diào)控阿法-維生素E的合成量同時(shí)能夠調(diào)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(hù)生物膜免受光氧化損傷。
在國家自然科學(xué)基金和院創(chuàng)新方向性項(xiàng)目的支持下,，徐旭東研究組針對藍(lán)藻越冬分子機(jī)理開展了較為系統(tǒng)的研究,。徐旭東研究員認(rèn)為，目前的結(jié)果對于理解水華藍(lán)藻越冬機(jī)理和維生素E在藍(lán)藻的生理功能方面有學(xué)術(shù)價(jià)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.
