絲狀固氮藍(lán)藻中的魚腥藻可從營養(yǎng)細(xì)胞分化產(chǎn)生具有固氮作用的異形胞,，這些異形胞在絲狀體上間隔分布,，與進(jìn)行光合作用的營養(yǎng)細(xì)胞互相提供對方缺乏的營養(yǎng),，是一維原核生物體細(xì)胞分化和圖式發(fā)生的重要模式之一,。水生所藻類遺傳學(xué)科組近年來在這一研究領(lǐng)域取得一系列重要發(fā)現(xiàn),，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Microbiology (SGM),、Journal of Bacteriology (2篇)和Molecular Microbiology 等微生物學(xué)領(lǐng)域重要刊物,。
異形胞在分化形成過程中必須在原有的細(xì)胞壁外形成包被層以阻擋氧氣的進(jìn)入，保證異形胞內(nèi)部形成微氧環(huán)境,，以保護(hù)固氮酶不被失活,。該學(xué)科組通過轉(zhuǎn)座子插入突變和啟動子篩選等遺傳學(xué)方法，先后發(fā)現(xiàn)了調(diào)節(jié)包被多糖層形成的一個信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因hepN (alr0117) (Microbiology, 150:447-453,2004)和參與多糖層合成的基因all4160 (J Bacteriol, 189:5372-5378, 2007),，證明hepN等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因可調(diào)節(jié)包被多糖層基因的表達(dá),。
啟動分化的細(xì)胞首先終止分裂才能開始異形胞形態(tài)發(fā)生過程。該學(xué)科組以綠色熒光蛋白基因逐個檢查了異形胞分化各階段標(biāo)志性基因的表達(dá)情況,，發(fā)現(xiàn)在一個不能終止分化細(xì)胞的分裂狀態(tài)的突變株中,，一個細(xì)胞分裂相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控與原來相反，而負(fù)責(zé)異形胞其他各方面分化的基因有一部分不能表達(dá)(J Bacteriol, 187:8489-8493, 2005),。這一結(jié)果證明,，在形成異形胞時確實有終止細(xì)胞分裂的基因開關(guān)在發(fā)揮作用，但細(xì)胞分裂狀態(tài)并不是調(diào)節(jié)所有參與形態(tài)分化基因的總開關(guān),。
異形胞分化的啟動和圖式形成源于絲狀體缺乏氮營養(yǎng),。在受到這一環(huán)境信號誘導(dǎo)之后，絲狀體上一些細(xì)胞啟動分化,，并且可能釋放出抑制物質(zhì)阻止相鄰細(xì)胞進(jìn)行分化,，從而形成間隔分布的圖式。在即將發(fā)表于Molecular Microbiology的論文中,，該學(xué)科組報道位于同一基因叢中的一個調(diào)節(jié)早期分化的基因hetZ和一個調(diào)節(jié)圖式形成的基因patU3,。它們相互節(jié)制表達(dá)水平，成為異形胞分化基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的一個重要樞紐,。新發(fā)現(xiàn)的圖式形成基因與已知的抑制性圖式調(diào)節(jié)基因具有不同的作用機(jī)理,，與一個抑制性基因共同突變可導(dǎo)致半數(shù)營養(yǎng)細(xì)胞在缺氮誘導(dǎo)后24小時內(nèi)分化為異形胞。
基于其研究結(jié)果,，該學(xué)科組負(fù)責(zé)人徐旭東研究員在與兩位美國同行共同撰寫的綜述文章中將細(xì)胞分裂終止列為異形胞分化過程的一個重要方面,，并對異形胞圖式形成理論提出新的假設(shè),。這篇綜述載于新近出版的藍(lán)藻生物學(xué)領(lǐng)域重要專著The cyanobacteria (p.383-422, Ed. Herrero and Flores, Castier Academic Press)。共同撰寫的綜述文章中將細(xì)胞分裂終止列為異形胞分化過程的一個重要方面,，并對異形胞圖式形成理論提出新的假設(shè),。這篇綜述載于新近出版的藍(lán)藻生物學(xué)領(lǐng)域重要專著The cyanobacteria (p.383-422, Ed. Herrero and Flores, Castier Academic Press)。
