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水生所在PNAS报道蓝藻细胞生物学研究重要进展

时间:2023-03-22 来源:网络


近日,中国科学院水生生物研究所张承才研究员团队在蓝藻细胞生物学研究取得重要进展。相关研究成果以“A c-di-GMP binding effector controls cell size in a cyanobacterium(环状双鸟苷酸受体蛋白调控蓝藻细胞尺寸)”为题,在线发表于PNAS上 (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2221874120)(或可点击左下“阅读原文”)。这是继该团队数月前在PNAS和PNAS Nexus发表关于细胞分裂和发育的协调机制(Xing et al., PNAS 119 :e e2207963119, 2022; Liu, Xing et al., PNAS Nexus 2: pgac307,2023)后的又一项重要成果。


蓝藻(Cyanobacteria)是地球上古老的放氧光合生物,不同种属的蓝藻细胞尺寸和形态多样,但同一种的蓝藻细胞在这些特性上具有惊人的稳定性。基于蓝藻在生物能源、制药、生物合成等领域的巨大利用潜力,探索决定其细胞形态和尺寸稳态的内在机制,对采取合成生物学手段定制化构建具有应用前景的蓝藻细胞意义重大(图1)。

张承才研究员团队长期致力于原核生物细胞形态形成相关的基础生物学研究及蓝藻生物技术及水华蓝藻治理相关的合成生物学研究。该团队利用蓝藻,研究细胞的分裂、尺寸、分化、及其之间的关系,以期建立细胞形态发生的分子机制。

在前期研究中,该团队发现细菌中的第二信使环状双鸟苷酸(c-di-GMP)作为信号分子在蓝藻中参与细胞尺寸的调控(Microbiology Spectrum,2023,11 : e0422822)。但蓝藻中c-di-GMP的受体未知,也不具备其它物种中已知的同源受体,这极大的限制了对c-di-GMP在蓝藻中的功能的理解。该团队攻坚克难、不断突破,借助生物化学、分子遗传学、结构生物学等多种研究手段,鉴定到蓝藻中第一个c-di-GMP受体CdgR(c-di-GMP receptor),证明了c-di-GMP信号通过CdgR来调控蓝藻细胞尺寸,揭示了CdgR结合c-di-GMP及其信号转导机制,并鉴定了相关信号途径。该途径的某些突变能够产生致死表型,表明其具有非常重要的生物功能。基于CdgR在蓝藻中高度保守,该项工作将极大地推动在蓝藻中对c-di-GMP信使的功能研究,包括光调控、生物膜形成、细胞迁移、蓝藻水华爆发等重要生理现象的分子机制。