藻膽蛋白遠(yuǎn)紅光光適應(yīng)的研究以及在藍(lán)藻和煙草中的應(yīng)用.pdf

1、藍(lán)藻中存在一種復(fù)雜大型捕光復(fù)合體——藻膽體，能夠捕獲光能，并且能夠通過(guò)核膜連接蛋白連接到類(lèi)囊體膜上，將捕獲的光能傳遞到終端，進(jìn)而傳遞給光反應(yīng)中心。地球上很多藻屬能夠適應(yīng)極端的條件，例如擬色球藻屬，能夠生長(zhǎng)在巖石表面等白光很弱的地方，它們能夠在遠(yuǎn)紅光條件下進(jìn)行光適應(yīng)。某些藻膽蛋白具有光譜特征峰紅移的特點(diǎn)，目前發(fā)現(xiàn)的機(jī)制主要是:脫輔基蛋白以非共價(jià)形式結(jié)合藻膽色素，或藻膽蛋白以多聚體形式存在，就像藻膽體一樣。這些光譜特征峰紅移的熒光蛋白為優(yōu)質(zhì)

2、熒光探針的開(kāi)發(fā)提供了可能。
　　本文對(duì)擬色球藻Chroococcidiopsis thermalis sp.PCC7203藻的別藻藍(lán)蛋白α亞基、β亞基進(jìn)行研究，將α亞基ApcA2、β亞基ApcB2在裂合酶CpcS1酶催化下與藻藍(lán)膽素PCB在大腸桿菌中重組，發(fā)現(xiàn)重組產(chǎn)物細(xì)胞的熒光發(fā)射光譜有兩個(gè)特征峰:647nm和722nm。本研究將ApcA2和ApcB2原位替換集胞藻Synechocystis sp.PCC6803中的ApcA和Ap

3、cB以探究集胞藻Synechocystis sp.PCC6803能否在遠(yuǎn)紅光下也能進(jìn)行光適應(yīng)。生理數(shù)據(jù)結(jié)果顯示突變?cè)逶谶h(yuǎn)紅光下培養(yǎng)時(shí)，藻細(xì)胞沒(méi)有生長(zhǎng)增殖，內(nèi)含物藻藍(lán)蛋白(CPC)含量和葉綠素含量也沒(méi)有發(fā)生變化。
　　植物進(jìn)行光合作用吸收光的范圍主要在藍(lán)紫光或者紅橙光，將吸收光波長(zhǎng)較長(zhǎng)的蛋白轉(zhuǎn)入到植物中時(shí)，可能有助于植物在弱白光下也可進(jìn)行光合作用，從而可以拓寬植物光合作用的波段，提高光合效率。本研究將mCherry與BDFP1.1兩

4、者以不同方式融合，且嘗試了不同長(zhǎng)度的Linker，篩選到了熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)效應(yīng)最佳的融合方式:mCherry:12aa Linker:BDFP1.1。將融合蛋白轉(zhuǎn)入到煙草中，瞬時(shí)表達(dá)數(shù)據(jù)顯示葉綠素?zé)晒?、最大光合速率、電子傳遞速率與野生型相比無(wú)顯著變化。
　　遠(yuǎn)紅光在細(xì)胞組織中有高透過(guò)率和低光損傷的優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)現(xiàn)光譜特征峰紅移的蛋白，對(duì)于熒光探針的開(kāi)發(fā)具有重要的意義，也是目前熒光蛋白的研究熱點(diǎn)，作為具有遠(yuǎn)紅光光適應(yīng)的藻種

5、是這項(xiàng)研究的重要資源。雖然本文中的ApcA2和ApcB2偶聯(lián)色素需要裂合酶CpcS1催化，但是722nm的熒光特征峰仍是值得關(guān)注的焦點(diǎn)。通過(guò)隨機(jī)誘變等分子進(jìn)化手段，得到自催化的光譜更加紅移的熒光蛋白將是后續(xù)的主要研究方向，因此本研究為篩選得到更加優(yōu)化的熒光蛋白奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)融合蛋白的FRET效應(yīng)，拓寬植物的光合作用吸收光范圍，以此提高植物的光合作用效率。雖然本文中的研究還未達(dá)到預(yù)期效果，但也為植物光合作用方向的研究提供了新的研究思路。