沼泽红假单胞菌CGA009外围捕光复合体(LH2)的光适应性调控

摘要

沼泽红假单胞菌（Rhodopseudomonas palustris，Rps.palustri）外围捕光复合体（LH2）光谱多样性是其环境适应性的重要体现，阐释 LH2多样性产生机制对于理解紫细菌的光环境适应性具有重要意义。Rps. palustri在高、低光照强度照射培养时，分别合成了典型LH2和异常LH2（也称作LH4）的光谱类型。目前研究普遍认为，LH2光谱多样性的根本原因是捕光蛋白α/β的编码基因pucBA多拷贝。然而，低分辨率的结构、不同类型LH2捕光蛋白间氨基酸序列较高的一致性以及转录分析的欠缺使得对不同 pucBA操纵子如何控制不同类型外围捕光复合体的组成相关研究成为一个难点。针对这一问题，本课题以Rps. palustris CGA009为材料，首先考察了不同光强对CGA009 LH2光谱多样性以及光合色素合成的影响；进而探求了光强对CGA009五对pucBA基因转录水平的影响；也探究了CGA009 LH2和LH4复合体对光/氧的稳定性。本文旨在初步阐释LH2光谱多样性的产生机制，主要结果如下： 在高光强（4500 lux、2500 lux和1500 lux）和低光强（200 lux、50 lux和7 lux）条件下，对CGA009细胞生长、光合色素组分及含量变化的规律进行研究。结果显示：菌体比生长速率于2500 lux下最大，50 lux下最小，光强过高（4500 lux）抑制菌体生物量的积累，过低（7lux）则菌体基本不生长；高光强下菌体合成LH2，低光强下则为LH4；高、低光强下BChl a和6种Car均积累，但含量有所差异：200 lux下单位干菌体BChla和Car最大；低光强下，共轭体系较小的番茄红素和玫红品积累量较多，高光强下共轭体系较大的螺菌黄质积累量较多。特征峰A800/850的比值与BChl a和Car的含量呈显著正相关。 采用荧光定量PCR方法探究高（2000 lux）、中（1500 lux）和低光强（200 lux和50 lux）对5对pucBA转录水平的影响。结果显示：低光强下，LH2（pucBAa、pucABb和 pucBAe）和 LH4（pucABd）捕光蛋白的编码基因均转录且共转录，低光强下转录水平最高；中光强下，上述pucBA基因转录水平降低；高光强下，仅pucBa、pucABb、pucBc、pucAd和pucBAe转录，且转录水平低于低光强。高光强下，LH2和LH4捕光蛋白编码基因相对表达总量的比值最大，中和低光强时其表达量相近；高光强时单位菌体特征峰A850/800的比值与中光强相似，远大于低光强，而200 lux时该比值小于50 lux。表明光强影响捕光复合体的组装和pucBA基因的转录，但pucBA基因转录对光强的灵敏响应要先于捕光复合体的组装。 非生长状态的CGA009细胞在不同光/氧条件下的捕光复合体稳定性结果显示：合成LH2的CGA009细胞（LH2细胞）中，于800 nm有吸收的捕光结构（C-800）在厌氧高光强照射时稳定性较差；于850 nm有吸收的捕光结构（C-850）在高光强照射时最稳定。合成LH4的CGA009细胞（LH4细胞）中，C-800和C-850捕光结构在厌氧高光照射时均降解较快；在厌氧低光照射时，C-850捕光结构的稳定性比C-800差。由此可见，外围捕光复合体的光稳定性是LH2光谱多样性的潜在因素。 综上所述，光强显著影响捕光蛋白编码基因 pucBA的转录水平，pucBA在不同光强下选择性表达。此外，LH2光谱多样性与BChl a和Car的含量均呈明显的正相关，且外围捕光复合体的光稳定性是形成LH2光谱多样性的潜在因素。本文结合生理水平和转录水平的研究，初步阐释了LH2光谱多样性的产生机制，为紫细菌光适应性研究提供一定的参考。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 沼泽红假单胞菌及其捕光复合体概述

1.3 LH2光谱多样性及其产生机制研究进展

1.4 课题来源、研究思路及主要研究内容

第2章光强对Rhodopseudomonas palustris CGA009光合特性的影响

2.1 材料和方法

2.2 结果

2.4 讨论

2.5 小结

第3章光强对Rhodopseudomonas palustris CGA009 pucBA基因的表达调控探究

3.1 材料和方法

3.2 结果

3.3 讨论

3.4 小结

第4章Rhodopseudomonas palustris CGA009外围捕光复合体的稳定性探究

4.1 材料和方法

4.2 结果

4.3 讨论

4.4 小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录A Rhodopseudomonas palustris CGA009 pucAd缺失突变体的构建

A1.1 材料和方法

A1.2 结果

A1.3 讨论

致谢

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