易科泰藻類光合-熒光測量技術-通過調控質體醌的合成重編程集胞藻新陳代謝

  質體醌（PQ）是光合和呼吸電子傳遞鏈中非常重要的載體，雖然PQ含量及其氧化還原狀態對光合微生物的生理和代謝有重要影響，但目前在光合微生物中關于PQ的合成及其相關代謝調控機制研究相對較少。2021年華東理工大學的科研人員，在Synthetic and Systems Biotechnology發表了 “Reprogramming the metabolism of Synechocystis PCC 6803 by regulating the plastoquinone biosynthesis"，通過引入外源基因競爭質體醌合成途徑和添加外源化合物促進PQ積累等“開源節流"手段，探索了質體醌含量變化對集胞藻代謝的影響。

研究人員通過易科泰藻類光合-熒光測量技術檢測了PQ含量變化對光系統Ⅱ的影響，結果發現，當PQ含量降低時，集胞藻的快速熒光動力學曲線（OJIP）基本形態沒有發生改變，OJIP初始斜率(Mo)和j階熒光相對變量 (Vj)分別下降了7.95%和7.55%，說明對羥基苯甲酸多異戊烯轉移酶（lePGT）的過表達促進了Q_A和Q_B間的電子傳遞；通過添加外源低濃度4-羥基丁酸（4-HB），發現隨著4-HB濃度的增加，OJIP初始斜率(Mo)和j階熒光相對變量 (Vj)逐漸升高，說明低濃度4-HB抑制了Q_A和Q_B之間的電子傳遞。

同時通過藻類光合-熒光測量技術測量了PQ含量變化對呼吸作用的影響，結果發現lePGT過表達的集胞藻呼吸速率比野生型（WT）高27.35%，這可能是因為光系統過度還原，需要光合和呼吸之間的代謝合作提供更多ATP；添加低濃度4-HB都能增加PQ含量，當添加1 mM 4-HB時呼吸速率提高了20.08%，添加2 mM 4-HB時呼吸速率降低了54.90%，結合葉綠素熒光參數分析說明PQ不僅是氧化還原的中間體，還可以通過其他途徑影響集胞藻的生理狀態。因此，PQ含量的變化將對集胞藻的光合和呼吸作用產生重要影響。

本研究探索了電子傳遞鏈核心PQ的合成調控及對生長代謝的影響，通過胞內PQ含量的變化實現對其生長代謝的精確調控，為發展微藻合成生物學提供了新的方法和策略。

參考文獻：

Fan Jianhua, et al. 2021. Reprogramming the metabolism of Synechocystis PCC 6803 by regulating the plastoquinone biosynthesis. Synthetic and Systems Biotechnology 6(4): 351-359.

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