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高等植物和蓝细菌都具有两个光系统,并可进行放氧光合作用。它们通过调节光能在光系统I和光系统II之间的分配,达到最大的光合作用效率。虽然高等植物和蓝细菌具有不同的天线系统,但它们都可以通过状态转变实现光能的合理分配。藻胆体(PBS)是监细菌中主要的光能吸收复合体。我们通过构建apcD和apcF缺失突变体以及apcDapctF双缺失突变体,对蓝细菌Anabaena sp.PCC7120的光能传递和状态调节进行了研究。在测定这些突变体与野生型的生长曲线后,发现在适合于PBS吸收的光照条件下,apcD突变体的生长速率明显慢于野生型,表明ApcD在光能从PBS传递到PSI的过程中起着非常重要的作用,生长曲线还显示ApcF在光合作用电子传递中起到重要作用。荧光发射光谱和荧光诱导实验表明,ApcD在Anabaena sp.PCC7120的状态调节中起着重要作用,apcD的缺失使细胞不能进行状态调节,并将细胞锁定在状态1,而ApcF对状态调节没有影响。强光下apcD突变体的放氧效率和可变荧光产量的下降,说明apcD的缺失使蓝细菌更易发生光抑制,表明状态转变对于在强光下抵抗光抑制的发生是非常重要的。
通过FRAP实验研究藻胆体与类囊体膜之间的相互作用,发现(1)在暗中放置后处于状态2的野生型细胞中,PBS是可以移动的;(2)加入细胞色素b6f复合体的抑制物DBMIB和解耦联剂FCCP都可以阻止这种移动,表明PBS的移动可能是由用于光淬灭的光诱导的;(3)在两种状态下,apcD缺失突变体中PBS都与PSII紧密结合,FRAP实验没有PBS的移动;(4)在apcD缺失突变体中加入FCCP后,PBS可以移动,表明类囊体膜内外的质子梯度影响了PBS与PSII之间的相互作用。
在蓝细菌中PBS也可以作为氮源,在环境中缺乏化合态氮素的情况下,藻胆体会迅速降解,提供细胞生长所需要的氮素。PBS的降解依赖于nblA编码的一个小蛋白,其作用机制尚不清楚。在Anabaena sp.PCC7120中存在二个nblA同源基因,nblA1和nblA2。研究发现只有在细胞缺乏化合态氮素的条件下,才能检测到NblA1的表达。将nblA1连接在一个可被Cu2+诱导的启动子PpelE之后,转入Anabaena中过量表达,发现即使在正常培养基中也会引发PBS的降解。利用同源重组双交换,分离到了它们的缺失突变体,nblA1和nblA2-。对突变体的研究表明,在减氮条件下,nblA1韵藻胆体不降解,表明NblA1的主要作用是降解藻胆体,对于nblA2基因存在的意义和功能还不清楚。在nblAl-中,成熟的异形胞内还存在PBS。进一步说明在Anabaena sp.PCC7120中NblA1与PBS的降解密切相关。