藍藻髮菜光形態建成過程中MAAs的合成調控與功能研究

《藍藻髮菜光形態建成過程中MAAs的合成調控與功能研究》是依託華中師範大學，由邱保勝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：藍藻髮菜光形態建成過程中MAAs的合成調控與功能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邱保勝
• 依託單位：華中師範大學

項目摘要

藍藻髮菜是我國一級保護野生植物，近年來其人工培養一直沒有取得理想進展，而大肆盲目摟采野生髮菜卻使我國草原生態環境遭到嚴重破壞。在前期工作中，我們發現低劑量UV-B介導髮菜的光形態建成，而天然防曬物質類菌孢素胺基酸（MAAs）在此過程中可能扮演重要角色，並首次從單根藻絲培養出似自然狀態的髮菜原植體。本項目擬在前期工作基礎上，研究髮菜MAAs合成與UV-B間的相關性，鑑定髮菜MAAs合成相關基因的功能；通過酵母單雜交篩選調控MAAs合成的轉錄因子，揭示UV-B對MAAs合成的分子調控機制；通過基因敲除和超表達技術，並結合MAAs合成途徑的抑制劑，分析突變株、超表達株和野生型髮菜的光形態建成、膠質鞘結構和生理特性，闡明MAAs在髮菜光形態建成過程中的功能。本研究將拓展和深化人們對低劑量UV-B介導的光形態建成機制的認識，為發展髮菜的人工培養技術提供理論基礎，從而有效促進我國髮菜資源的保護和利用。

結題摘要

藍藻髮菜是我國一級保護植物，主要生長在乾旱、半乾旱的荒漠地區，對乾旱、紫外線等逆境具有極強的耐受能力。研究發現，髮菜的天然防曬物質類菌胞素胺基酸（Mycosporine-like amino acids, MAAs）對UV-B表現出獨特的回響機制。 我們首先克隆了髮菜的五個MAAs合成酶基因，分別在模式藍藻Nostoc sp. PCC 7120中異源表達，通過鑑定合成產物揭示各基因的功能，闡明了髮菜MAAs的合成途徑。隨後，研究了髮菜MAAs合成酶基因表達與UV-B間的關係，發現隨著UV-B處理時間的增加，這些基因及其表達產物的表達水平都顯著上調。通過啟動子逐段缺失，並連線LuxAB報告基因的方法，確定了MAAs合成酶基因受UV-B調節的關鍵啟動子活性區域。以該活性區域為誘餌，利用DNA-蛋白親和實驗，調出了與之相互作用的轉錄因子ORF4233，EMSA和酵母單雜交實驗進一步驗證了ORF4233與MAAs合成酶基因啟動子的結合。同時，獲得了ORF4223超表達的髮菜轉基因藻株，並對其進行表型測定，證實MAAs合成可增強藻細胞對UV-B的耐受能力。進一步以ORF4233為誘餌，通過免疫共沉澱，調出與ORF4233相互作用的蛋白ORF5811，體外Pull-down實驗以及酵母雙雜交實驗，進一步驗證了這兩個蛋白的相互作用。蛋白ORF5811具有藍藻光敏色素的GAF典型結構域，可能在髮菜回響UV-B調控MAAS合成過程中行使光受體功能。 轉錄因子ORF4233 的表達受UV-B 誘導，我們獲得了ORF4223 超表達的髮菜轉基因藻株，發現MAAs 合成可增強藻細胞對UV-B 的耐受能力。通過室內人工添加低劑量UVB輻射，同時藉助在藍藻轉化子篩選過程中所使用的纖維酯膜與固體平板體系，在固體培養條件下有效地實現了乾濕交替處理，在無菌條件下從單根藻絲培養出似自然狀態的髮菜原植體。同時，我們發現低劑量UV-B誘導類菌孢素胺基酸的含量顯著升高，促進藻絲體外膠質鞘的形成，使得藻絲在膠質鞘內趨於規則排列。