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蓝细菌与苔藓植物的共生

中学生物教学 2023年第8期 61-64页

作者：王怡然陈彦聊城大学生命科学学院山东聊城252000

通过阐述苔藓植物与蓝细菌外共生和内共生两类共生关系,以及共生体中蓝细菌固氮能力的增强和光合作用减弱或消失等现象,发现苔藓-蓝细菌共生体为偏利共生,蓝细菌的变化适应于苔藓植物,同时蓝细菌以苔藓植物为中介实现了从水生向陆生的转... 详细信息

通过阐述苔藓植物与蓝细菌外共生和内共生两类共生关系,以及共生体中蓝细菌固氮能力的增强和光合作用减弱或消失等现象,发现苔藓-蓝细菌共生体为偏利共生,蓝细菌的变化适应于苔藓植物,同时蓝细菌以苔藓植物为中介实现了从水生向陆生的转变,以期从演化的角度探寻共生体的生存意义。

关键词：苔藓植物蓝细菌共生

DGGE法检测稻田蓝细菌及硅藻的遗传多态性

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厦门大学学报（自然科学版） 2002年第5期41卷 669-673页

作者：宋铁英包晓东郑伟文 Rasmussen Ulla 福建省农科院生物技术中心福建福州350003 瑞典斯德哥尔摩大学植物系

运用对蓝细菌和硅藻 16SrRNA特异的引物对 ,将稻田土壤中提取的总DNA进行PCR扩增后 ,通过DGGE技术对PCR产物进行分析 .结果表明 ,在水稻生长的不同时期 ,稻田蓝细菌及硅藻种群也在变化 ,田间不同位置蓝细菌及硅藻种类也有所不同。

关键词： DGGE 蓝细菌硅藻遗传多态性 DGGE技术稻田微生物群落 PCR扩增

蓝细菌启发下集成型酶-光偶联催化系统的构建及性能强化

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蓝细菌启发下集成型酶-光偶联催化系统的构建及性能强化

作者：贾静姗天津大学

学位级别：硕士

乳酸作为一种重要有机酸,广泛应用于食品、医药、化工等领域。酶法合成乳酸具有高活性、高选择性等优势。L-乳酸脱氢酶(LDH)催化乳酸合成中存在两个关键问题,即还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)难以持续供给和酶稳定性较差。酶-光偶联... 详细信息

乳酸作为一种重要有机酸,广泛应用于食品、医药、化工等领域。酶法合成乳酸具有高活性、高选择性等优势。L-乳酸脱氢酶(LDH)催化乳酸合成中存在两个关键问题,即还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)难以持续供给和酶稳定性较差。酶-光偶联催化系统结合半导体的集光能力和酶分子的高效性和区域/立体特异性,有望通过低成本原料实现NADH持续供给。然而,复杂系统对酶的稳定性提出更高要求。蓝细菌类囊体膜上的光反应可实现还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)持续供给,合成的NADPH扩散至基质中多酶分子附件,完成酶促固碳反应。基质中羧酶体的拥挤效应提升了内部酶的稳定性。受此启发,本论文构建了集成型酶-光偶联催化系统,同时将系统解耦分别构建了光催化NADH再生系统和固定化乳酸脱氢酶催化系统,揭示了复杂催化系统的协调优化机制,实现了酶-光偶联催化乳酸的高效合成。主要研究内容总结如下:基于石墨相氮化碳量子点(g-CNQD)的光催化NADH再生系统可控构建与性能强化。利用微波辅助法制备g-CNQD,结合光电化学表征,揭示了g-CNQD的结构对光生载流子产生、传递及利用步骤的影响机制。构建了无电子媒介的NADH再生系统,通过酶法、电化学及核磁等手段对光催化反应产物及NADH选择性进行了系统分析。在可见光照射下,g-CNQD的NADH再生初始反应速率达0.24 mmol g min,约为体相氮化碳的30倍。基于ZIF-8的固定化酶催化乳酸合成系统可控构建与性能强化。以ZIF-8为载体,利用仿生矿化法实现了LDH的原位包埋,揭示了单体反应时间和比例对其结构和性能的影响机制。酸性条件下,固定化酶表现出更高的稳定性。利用单宁酸(TA)对LDH@ZIF-8进行刻蚀,实现了底物扩散与酶活性的协调优化,LDH@ZIF-8@Zn TA的初始反应速率达3.02 m M h,是LDH@ZIF-8的1.58倍。基于LDH@ZIF-8@g-CNQD的集成型酶-光偶联催化乳酸合成系统可控构建与性能强化。利用物理吸附将g-CNQD固定在LDH@ZIF-8表面,构建集成型的酶-光偶联催化系统。集成形式缩短了NADH扩散距离,促进丙酮酸到乳酸的高效转化。将g-CNQD和酶分子物理分隔开,可提升酶-光的兼容性,实现了酶-光偶联催化系统性能强化。明暗交替条件下,集成型酶-光偶联系统催化丙酮酸转化为乳酸的初始反应速率为0.30 m M h,分别是LDH@ZIF-8+g-CNQD和LDH+g-CNQD系统的1.30倍和1.57倍。

关键词：酶-光偶联催化系统蓝细菌仿生构建石墨相氮化碳量子点光催化NADH再生乳酸合成

异形胞发育的蓝细菌Dna A蛋白的表达研究

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四川大学学报（自然科学版） 2009年第5期46卷 1520-1524页

作者：魏新元丑敏霞陈文莉西北农林科技大学食品科学与工程学院杨凌712100 西北农林科技大学生命科学学院杨凌712100 华中农业大学生命科学与技术学院武汉430070

构建了Anabaena PCC7120的复制起始蛋白Dna A的重组表达质粒,在Escherichiacoli中诱导其超量表达,纯化后免疫家兔获得抗体,采用western blotting检测Dna A在营养细胞和异形胞中的表达情况.结果显示,两种不同类型的细胞中都能够检测到Dn... 详细信息

构建了Anabaena PCC7120的复制起始蛋白Dna A的重组表达质粒,在Escherichiacoli中诱导其超量表达,纯化后免疫家兔获得抗体,采用western blotting检测Dna A在营养细胞和异形胞中的表达情况.结果显示,两种不同类型的细胞中都能够检测到Dna A的表达,而且在不同缺氮诱导时间,异形胞中Dna A的表达存在差异.说明DNA复制起始与异形胞的发育可能存在着一定的关系.

关键词：蓝细菌异形胞 DNA复制 Dna A 分化

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蓝细菌核糖体23S rRNA的剪切现象

蓝细菌核糖体23S rRNA的剪切现象

作者：黄晓珍华中农业大学

学位级别：硕士

在E. coli等许多原核及真核生物中,位于核糖体大亚基内的23S rRNA是一个完整的分子。近年来的研究发现,在少数物种中(如沙门氏菌)核糖体上的23S rRNA并非一条完整序列,而是由几个片段组成。23S rRNA片段产生的原因及其对细胞的影响目前... 详细信息

在E. coli等许多原核及真核生物中,位于核糖体大亚基内的23S rRNA是一个完整的分子。近年来的研究发现,在少数物种中(如沙门氏菌)核糖体上的23S rRNA并非一条完整序列,而是由几个片段组成。23S rRNA片段产生的原因及其对细胞的影响目前还不清楚。我们对蓝细菌Anabaena sp. PCC 7120和Synechocystis sp. PCC 6803总RNA进行电泳分析时,发现了两个特别现象：a) 23S rRNA条带与16S rRNA的亮度比值明显低于2：1;b)除了预期大小的23S rRNA、16S rRNA和5S rRNA外,这两种蓝细菌RNA样品中还有两条清晰的未知条带,且其分子量之和大致与完整23S rRNA相当。因此,我们推测这两个条带为23S rRNA在胞内被剪切后产生的。本论文因此对该剪切现象及其机理进行了深入研究。首先,用特异性的荧光探针检测证实观察到的未知条带确实为23S rRNA被剪切后的产物。随后,对几种不同细菌(包含蓝细菌和其他细菌)的总RNA进行了电泳分析,发现类似的核糖体剪切现象普遍存在于蓝细菌中,而不存在于生长旺盛的E. coli和Bacillus subtilis中。这表明23S rRNA在胞内的剪切可能对蓝细菌具有特殊的生理意义。接着,通过Ligation-Dependent RT-PCR技术,对Anabaena和Synechocystis中23S rRNA及其被剪切后产生的片段的5’和3’末端进行了克隆。结果表明, Anabaena sp. PCC 7120和Synechocystis sp. PCC 6803中23 S rRNA分子发生剪切的位点完全相同。而且序列分析表明,切点及附近的序列在已测序的蓝细菌中皆高度保守,暗示在蓝细菌中可能普遍存在23S rRNA被剪切的现象。通过对蔗糖密度梯度离心分离得到的蓝细菌核糖体电泳分析发现,被剪切的23S rRNA片段在poly some、70S和50S中均存在,表明剪切过程可能发生在完整核糖体上。为寻找并确定胞内参与对23S rRNA进行剪切的核酸酶,分别用两种蓝细菌单链核酸内切酶RNase E和RNase J对分离的完整核糖体以及人工合成的包含剪切位点的RNA片段进行了体外剪切实验,但没有发现它们在预期位点剪切底物。推测23S rRNA的特异性剪切在胞内受到复杂调控且需要许多未知因子的参与。

关键词：蓝细菌 23S rRNA 核糖体剪切

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蓝细菌糖原代谢动态调控和生理功能研究

蓝细菌糖原代谢动态调控和生理功能研究

作者：郗欣彤中南林业科技大学

学位级别：硕士

作为光合自养型原核生物,蓝细菌能够利用光合作用固定二氧化碳并将其作为碳源用于合成有机化合物。来自光合作用的大量碳源和能量除了用于细胞生长和代谢活动外,很大一部分将以糖原的形式作为蓝细菌天然碳汇物质而存在。而以蓝细菌为底... 详细信息

作为光合自养型原核生物,蓝细菌能够利用光合作用固定二氧化碳并将其作为碳源用于合成有机化合物。来自光合作用的大量碳源和能量除了用于细胞生长和代谢活动外,很大一部分将以糖原的形式作为蓝细菌天然碳汇物质而存在。而以蓝细菌为底盘构建的光驱固碳细胞工厂为了提高目标化合物的产量,需要将蓝细菌中的碳源更多地重定向至目标化合物的合成途径,以此为目标,糖原合成途径的改造和调控成为蓝细菌代谢工程的重要选择。调节控制蓝细菌的糖原合成、实现碳流的重定向成为优化细胞工厂效率的主要策略。本研究以常用于光合细胞工厂开发的蓝细菌模式藻株聚球藻PCC7942为出发藻株,以其糖原合成途径的关键限速酶ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(GlgC)为改造靶点,利用茶碱响应型核糖开关对glgC的表达、糖原的合成进行调控,并进一步探索糖原合成量改变是否会引起细胞生理功能的变化。通过核糖开关调控的方法,能够对聚球藻PCC7942的糖原合成量实现上下调控:减少糖原合成量时,聚球藻PCC7942细胞在正常条件下的生理功能和生长状态并没有受到损害,但细胞耐受性在面临环境胁迫时明显降低,无法维持正常生长;当糖原合成量通过改变茶碱浓度诱导增加时,聚球藻PCC7942细胞的胁迫耐受性恢复至正常状态。本研究通过动态调控蓝细菌糖原合成和探讨糖原含量变化对细胞生理功能的影响,证实了糖原合成和糖原含量对蓝细菌细胞适应性和胁迫环境下细胞耐受性的积极作用。这进一步验证了蓝细菌糖原合成的生理意义,并为蓝细菌光驱固碳细胞工厂生理功能的优化提供了可借鉴的策略。

关键词：蓝细菌糖原核糖开关胁迫耐受性

2-OG对蓝细菌氮代谢调控转录因子NtcA的DNA结合能力影响的结构研究

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生物物理学报 2009年第S1期25卷 376-377页

作者：赵梦溪江永亮何永兴周丛照中国科学技术大学生命科学学院

蓝细菌(Anabaena PCC7210)中的NtcA是属于cAMP受体蛋白(CAP)家族的一个转录因子。蓝细菌中缺乏α-酮戊二酸(2-OG)脱氢酶。

关键词：蓝细菌 NtcA 转录因子 2-OG DNA结合

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蓝细菌光驱固碳合成果糖的生物技术研究

蓝细菌光驱固碳合成果糖的生物技术研究

作者：但玉中南林业科技大学

学位级别：硕士

利用可再生的生物质资源生产生物燃料和生物基化工产品,.是解决当今社会面临的能源、环境、资源问题的重要途径。由于果糖具有对糖尿病、肥胖症、龋齿等疾病的预防特性,因此被认为是21世纪全球代替蔗糖和葡萄糖的一种新型功能性糖来源... 详细信息

利用可再生的生物质资源生产生物燃料和生物基化工产品,.是解决当今社会面临的能源、环境、资源问题的重要途径。由于果糖具有对糖尿病、肥胖症、龋齿等疾病的预防特性,因此被认为是21世纪全球代替蔗糖和葡萄糖的一种新型功能性糖来源。目前,工业合成果糖的生产工艺较为复杂、转化效率低,并且对设备要求高,在生产过程中也需要投入大量的成本。而蓝细菌是一种生长迅速、遗传背景和遗传操作相对简单的光能自养原核微生物,它可以通过太阳能将CO2和水直接转化为包括糖类物质在内的各种碳水化合物。因此,已成为将太阳能与生物技术生产相结合的替代方案。由于产品低产量和生物技术产品的商品化的经济可行性,蓝藻细胞工厂的大规模应用仍然是一项技术型挑战。为早日实现蓝细菌光合生物制造技术的工程化应用,提高其光合合成目标产物的生产性能,本研究从打通糖类物质合成路线、阻断内源消耗以及代谢背景优化调适这三方面对底盘藻株聚球藻PCC 7002进行系统代谢工程改造,打通了蓝细菌光合合成果糖的路线,实现了海洋蓝细菌利用太阳能和CO2一步合成果糖并获得高产果糖能力。此外,还通过培养条件优化,探索了高产菌株高效分泌产果糖的潜力,为进一步实现高产果糖的蓝细菌规模化培养奠定了基础。首先,通过敲除果糖激酶Fk,打通果糖光驱固碳合成与分泌的技术路线,使其有效的实现了胞内果糖向胞外的分泌,其分泌至胞外果糖含量能够达到0.64 g/L。其次,在Fk缺失菌株基础上整合过量表达蔗糖合成的关键酶蔗糖磷酸合成酶Sps、蔗糖磷酸磷酸酶Spp,拉动更多碳流定向合成果糖,使胞外果糖含量达到1.98 g/L,较Fk缺失菌株提高了 3倍。进而在敲除果糖激酶并整合过量表达蔗糖合成关键基因的基础上敲除葡萄糖基甘油磷酸合成酶GgpS,阻断甘油葡萄糖苷GG合成途径来阻断内源消耗,同时通过过量表达关键酶淀粉蔗糖酶Ams,促进蔗糖的降解,实现胞外果糖含量的进一步提高,使其胞外果糖含量达到2.64 g/L,较YD05菌株提高了 1.6倍。最后,通过温度、光照强度、营养成分、补料等一系列条件进行优化,发现用MAD2培养基培养YD03藻株时的生长和产糖效果明显要优于用A+培养基培养,并且在光照强度为350 μmol photons/m2/s、温度为30℃的条件下,仅利用MAD2培养基培养高产藻株YD03便能在不采用补料的方式使其胞外果糖含量达到最高水平6.3 g/L。

关键词：蓝细菌代谢工程果糖培养条件优化

蓝细菌16S rRNA双甲基化酶基因ksgA的进化分析、蛋白结构预测及功能验证

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蓝细菌16S rRNA双甲基化酶基因ksgA的进化分析、蛋白结构预测及功...

作者：王婧蓝华中农业大学

学位级别：硕士

作为地球上最古老的生物之一,蓝细菌种类多样,是生态环境中重要的微生物类群。目前,关于蓝细菌的分子进化还存在很多争议和空白。KsgA/Dim1家族的双甲基化酶是一个典型的S-腺苷甲硫氨酸(SAM)依赖的Ⅰ类甲基转移酶,催化核糖体小亚基rRNA... 详细信息

作为地球上最古老的生物之一,蓝细菌种类多样,是生态环境中重要的微生物类群。目前,关于蓝细菌的分子进化还存在很多争议和空白。KsgA/Dim1家族的双甲基化酶是一个典型的S-腺苷甲硫氨酸(SAM)依赖的Ⅰ类甲基转移酶,催化核糖体小亚基rRNA末端茎环上两个相邻腺嘌呤的双甲基化。这两个碱基的双甲基化修饰是核糖体小亚基rRNA仅有的三个高度保守的碱基修饰中的两个。本研究对已测序的37种蓝细菌KsgA甲基化酶基因和16S rDNA进行了序列比对和进化分析,结果显示蓝细菌ksgA基因与16S rDNA进化分支高度相似,且体现出蓝细菌进化的聚类特征。本研究同时对蓝细菌KsgA蛋白进行了结构预测、保守模体及催化活性位点分析,显示蓝细菌KsgA甲基化酶与其它物种的KsgA/Dim1家族蛋白拥有高度相似的结构：均包含N端与C端两个结构域,N端是典型而保守的SAM依赖的甲基转移酶结构域;C端的序列和结构则均呈现相对多样化。根据序列分析和结构预测的结果,本研究中选择克隆了单细胞的集胞蓝细菌Synechocystis ***6803.丝状能分化异形胞固氮的鱼腥蓝细菌Anabaena ***120,以及单细胞棒状的细长聚球蓝细菌Synechococcus elongates ***7942的ksgA基因,分别对大肠杆菌的ksgA突变体进行异源互补以初步验证ksgA在蓝细菌中的功能,实验中发现它们均能在一定程度上互补大肠杆菌ksgA基因突变体的表型。本研究通过对蓝细菌中KsgA/Dim1蛋白质家族的研究为进一步理解蛋白质功能与结构协同进化的机制和蓝细菌的演化历程补充了理论依据并提供了实验证据。

关键词： ksgA 蓝细菌序列分析蛋白结构预测