聚球藻PCC 7942拟核、RNA聚合酶与核糖体时空格局的研究

摘要

复制、转录和翻译是机体进行生命活动最基本的过程。在真核细胞中，转录翻译活性在很大程度上受染色体组装的调控。在原核生物中，尽管没有核膜结构及 DNA 包装蛋白，遗传物质仍高度凝聚成为拟核结构体。目前，细菌中拟核与转录翻译的空间位置关系及转录翻译过程对 DNA的影响仍然知之甚少。生物钟节律是一种内源性的时间机制，其功能是在昼夜循环过程中调节细胞群体代谢和各种行为活动。目前，聚球藻PCC 7942是研究生物钟分子机制和调控的主要模式原核微生物。本研究根据蓝细菌生理学特点，通过荧光蛋白标记等手段探究生物钟节律下聚球藻PCC 7942胞内RNA聚合酶及核糖体与拟核的空间排布关系，研究内容和结果如下： （1）分别在聚球藻PCC 7942中构建了RNA聚合酶（RNAP）标记菌株及核糖体标记菌株，并分别追踪了96 h内 DNA/RNA聚合酶/核糖体空间排布情况。发现DNA/RNA聚合酶/核糖体胞内空间排布具有以约24小时为周期的节律性。RNAP的胞内时空分布与类核的膨胀/压缩具有同步性，空间上其荧光标记信号较之拟核 DAPI染色信号稍有外延。核糖体则在 DNA 压缩过程中与类核形成高度互补的空间格局。 （2）通过翻译抑制剂氯霉素和转录抑制剂利福平抑制实验，荧光信号追踪发现在翻译过程受到抑制的情况下，胞内DNA高度压缩，核糖体与DNA在空间上明显分离，集中聚集于类囊体膜区域；转录过程被抑制后，RNA聚合酶空间上始终与 DNA 排布近似，而核糖体信号（小亚基）最终充斥到了整个细胞，结合蓝细菌丰富的膜结构，为复制-转录-翻译-多肽嵌入的transertion假说提供了更直观的证据。 （3）以流式细胞仪法测定了聚球藻PCC 7942胞内RNA聚合酶及核糖体数量的变化规律。结果表明，在生长过程中 RNA 聚合酶拷贝数总体稳定，呈现出围绕固定值波动的节律性。而胞内核糖体的拷贝数则表现出生长周期的依赖性。

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