質(zhì)體醌（PQ）是光合和呼吸電子傳遞鏈中非常重要的載體，雖然PQ含量及其氧化還原狀態(tài)對(duì)光合微生物的生理和代謝有重要影響，但目前在光合微生物中關(guān)于PQ的合成及其相關(guān)代謝調(diào)控機(jī)制研究相對(duì)較少。2021年華東理工大學(xué)的科研人員，在Synthetic and Systems Biotechnology發(fā)表了 “Reprogramming the metabolism of Synechocystis PCC 6803 by regulating the plastoquinone biosynthesis"，通過(guò)引入外源基因競(jìng)爭(zhēng)質(zhì)體醌合成途徑和添加外源化合物促進(jìn)PQ積累等“開(kāi)源節(jié)流"手段，探索了質(zhì)體醌含量變化對(duì)集胞藻代謝的影響。
研究人員通過(guò)易科泰藻類光合-熒光測(cè)量技術(shù)檢測(cè)了PQ含量變化對(duì)光系統(tǒng)Ⅱ的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PQ含量降低時(shí)，集胞藻的快速熒光動(dòng)力學(xué)曲線（OJIP）基本形態(tài)沒(méi)有發(fā)生改變，OJIP初始斜率(Mo)和j階熒光相對(duì)變量 (Vj)分別下降了7.95%和7.55%，說(shuō)明對(duì)羥基苯甲酸多異戊烯轉(zhuǎn)移酶（lePGT）的過(guò)表達(dá)促進(jìn)了QA和QB間的電子傳遞；通過(guò)添加外源低濃度4-羥基丁酸（4-HB），發(fā)現(xiàn)隨著4-HB濃度的增加，OJIP初始斜率(Mo)和j階熒光相對(duì)變量 (Vj)逐漸升高，說(shuō)明低濃度4-HB抑制了QA和QB之間的電子傳遞。
同時(shí)通過(guò)藻類光合-熒光測(cè)量技術(shù)測(cè)量了PQ含量變化對(duì)呼吸作用的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)lePGT過(guò)表達(dá)的集胞藻呼吸速率比野生型（WT）高27.35%，這可能是因?yàn)楣庀到y(tǒng)過(guò)度還原，需要光合和呼吸之間的代謝合作提供更多ATP；添加低濃度4-HB都能增加PQ含量，當(dāng)添加1 mM 4-HB時(shí)呼吸速率提高了20.08%，添加2 mM 4-HB時(shí)呼吸速率降低了54.90%，結(jié)合葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析說(shuō)明PQ不僅是氧化還原的中間體，還可以通過(guò)其他途徑影響集胞藻的生理狀態(tài)。因此，PQ含量的變化將對(duì)集胞藻的光合和呼吸作用產(chǎn)生重要影響。
本研究探索了電子傳遞鏈核心PQ的合成調(diào)控及對(duì)生長(zhǎng)代謝的影響，通過(guò)胞內(nèi)PQ含量的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)其生長(zhǎng)代謝的精確調(diào)控，為發(fā)展微藻合成生物學(xué)提供了新的方法和策略。
參考文獻(xiàn)：
Fan Jianhua, et al. 2021. Reprogramming the metabolism of Synechocystis PCC 6803 by regulating the plastoquinone biosynthesis. Synthetic and Systems Biotechnology 6(4): 351-359.
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