阐明光合作用“小绿细菌”的源汇平衡行为

异源汇对蓝藻代谢的影响。(A)蓝藻中提出的源汇关系示意图。(B)在新构建的蔗糖分泌菌株CscB-SPSexport诱导蔗糖输出24h后，在三种不同光强下测量的ΦII值。(C)新构建的蔗糖分泌菌株CscB-SPSexport诱导蔗糖输出后24h的叶绿素a (Chla)含量测定。来源:代谢工程(2023)。DOI: 10.1016 / j.ymben.2023.11.001

蓝藻是一种小型的绿色微生物，可以像植物和藻类一样进行光合作用，但它们的功能却截然不同。

“我更愿意说它们是微小的绿色细菌，能够像植物一样进行光合作用，但在一个非常小的隔间里，”María桑托斯-梅里诺，密歇根州立大学能源植物研究实验室杜卡特实验室的博士后研究员，或PRL。

桑托斯-梅里诺是《代谢工程》杂志最近发表的一篇文章的第一作者，该文章研究了蓝藻如何在“源和汇”之间平衡细胞能量，这可能在生物生产中有下游应用。

在光合作用过程中，生物体在吸收光能并将其转化为生长和生存所需的燃料时要执行许多步骤。与此同时，生物体不希望工作来获取比它需要的更多的能量。所以它需要能够从内部发出信号，表明它已经收集了足够的能量。

源汇是一种调节机制的名称，它平衡了光合作用中收获的光能-源-与使用所述光能-汇的能力。

桑托斯-梅里诺说:“我们正试图确定碳源和碳汇活动之间的联系。“换句话说，我们正试图确定蓝藻如何能够平衡源的活动及其在不同汇中使用这种能量的能力。我们知道这个过程会发生，但我们不知道它是如何被监管的。”

研究人员从44个双组分蛋白质系统的文库开始。两个组件系统像短信一样工作。一个组件发送消息，另一个组件接收并响应。这就是蓝藻通常如何沟通和响应环境和内部线索。

以44个双组分系统为例，研究人员创造了缺乏其中一种成分的突变蓝藻。然后，他们观察源和汇之间的通信是否受到干扰，从而确定这44个双组分系统中哪一个(如果有的话)参与了这个信号通路。

研究确定了44个被认为与此有关的候选人中的4个。实验室的下一步工作包括进一步表征这些候选物质在分子和代谢水平上的作用。

“这项研究最有趣的结论是，它意味着蓝藻中调节能量平衡的中央网络可能依赖于相对较少的调节蛋白，”PRL和生物化学和分子生物学系的副教授丹尼尔·杜卡特说。他是这项研究的首席研究员。

“在之前的文献中，这些蛋白质在很大程度上没有涉及能量平衡的作用。从长远来看，这项研究的实际应用是，如果我们学会如何调节蓝藻的代谢平衡，它可以使我们平衡它们，以获得更高的光合活性和效率。”

桑托斯-梅里诺自2012年开始博士研究以来一直在研究蓝藻。

她说:“我认为它们是迷人的、未被重视的微生物，具有非常重要的生态作用。”“每次我发现一些未知的东西，我的好奇心就会增加，[激励我]深入了解这一发现的意义。关于某些代谢过程是如何在蓝藻中发生的以及它们是如何被调节的，仍然有很多悬而未决的问题。回答其中一些问题——或者至少试图回答这些问题——是我想继续研究这些生物的原因。”