别藻蓝蛋白β亚基基因在莱茵衣藻中重组表达及其对光能传递的影响研究

为了探究别藻蓝蛋白与类囊体膜光合系统之间的光能传递规律,及其与异源类囊体膜光合系统之间光能转移的可能性,本研究构建了含有钝顶节旋藻(Arthrospira platensis)的别藻蓝蛋白β亚基基因(apcB),及合成藻蓝胆素的血红素氧化酶基因(ho)和铁氧还蛋白氧化还原酶基因(pcyA)的转化载体pHyg3-apcB-ho-pcyA,利用玻璃珠转化法将其导入莱茵衣藻中。聚合酶链式反应筛选验证阳性转化藻株,Southern Blot结果表明基因apcB、ho、pcyA成功转化入莱茵衣藻基因组中。而后将转化藻株与对照藻株均置于高光(50μmol·m^(-2)·s^(-1))和低光(25μmol·m^(-2)·s^(-1))条件、白光和绿光条件中培养,并检测别藻蓝蛋白β亚基的表达、总叶绿素含量、77 K低温荧光、光系统表观电子传递效率、生物量变化。结果显示:实时定量PCR分析和Western Blot检测表明外源基因apcB,pcyA和ho均在转基因藻株Cr-ApcBHP中得到了转录表达。高光和低光条件下光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PSⅠ)位置处的荧光峰均显著高于对照莱茵衣藻藻株CC-849,绿光中PSⅡ荧光峰(波长为690 nm)显著高于对照藻株;高光与低光和白光与绿光条件下转基因藻株的光系统Ⅱ的表观电子传递速率(ETRPSⅡ)值均高于对照藻株,但生物量并未见明显提高。这些结果表明转基因莱茵衣藻中可能存在自重组别藻蓝蛋白到光系统核心的光能传递,但是吸收的光能没有达到促进生物量积累的作用。本研究为利用重组表达蓝藻藻胆蛋白提高异源类囊体膜的光合作用进行了尝试。

地木耳藻蓝蛋白α和β亚基分离纯化的研究

经过研究建立了盐析、离子交换层析和凝胶过滤层析的分离纯化程序,从地木耳(Nostoc commune)细胞中分离纯化出藻蓝蛋白的α和β两个亚基,其纯度(A615/A280)为5.7,最大吸收峰为615 nm,荧光发射峰为560 nm,α和β亚基的分子量分别为18.1 kD和19.1 kD。

藻蓝蛋白和藻红蓝蛋白β亚基半胱氨酸的定点突变及体外重组研究

为研究藻蓝蛋白 (PC)和藻红蓝蛋白 (PEC) β亚基 (分别简称为 β PC、β PEC)生物合成、结构与功能的关系 ,用MegaprimerPCR定点突变技术设计 β PC、β PEC中与藻蓝胆素连接的第二个半胱氨酸的定点突变蛋白质 β PC(C15 5I)和 β PEC(C15 5I)。将相应的基因片段亚克隆于表达载体pET 30a,并转化大肠杆菌BL2l(DE3)。经IPTG诱导后 ,β PC(C15 5I)和 β PEC(C15 5I)在大肠杆菌中均得到了高效表达。β PC(C15 5I)和 β PEC(C15 5I)与藻蓝胆素的重组结果表明两个突变体的结构基本没发生改变 ,有利于对 β PC和 β PEC的生物合成进行进一步研究。

藻红蓝蛋白β亚基体内重组及其色谱分析

藻胆蛋白是蓝藻中的捕光蛋白,其生物合成的重要一步是藻胆色素与脱辅基蛋白的连接。大多数藻胆色素的正确连接都需要结合位点专一和对色素的构象有选择性的裂合酶来催化完成,但是这方面的报道不是很多。藻红蓝蛋白由两个亚基组成,β亚基(简称β-PEC)含171个氨基酸残基及两个辅基色素藻蓝胆素(简称PCB),分别在Cys-84和Cys-155位以硫醚键共价相连。通过同源性分析获得的由编号为alr0617基因编码的蛋白为藻红蓝蛋白β亚基(β-PEC)中的Cys-84与PCB的连接的催化酶。为了研究层理鞭枝藻藻红蓝蛋白(PEC)β亚基(β-PEC)中藻蓝胆素(PCB)与脱辅基蛋白的连接机制,通过体内重组方式得到色素蛋白PCB-PecB(C155I),分析表明该色素蛋白与β-PEC的吸收光谱和荧光光谱一致。酸性尿素变性实验证明得到的色素蛋白中的藻蓝胆素PCB没有被破坏。使用胃蛋白酶对天然藻红蓝色素蛋白和重组藻红蓝色素蛋白进行相同条件的水解并得到各自的色素肽,高效液相色谱分析表明这两种色素肽相同,由此证明了编号为alr0617基因编码的蛋白质能催化PCB与PecB(C155I)正确共价偶联。

别藻蓝蛋白的聚集态研究

为了研究鱼腥藻PCC7120(Anabaenasp.PCC7120)中别藻蓝蛋白(APC)α和β亚基(α-APC和β-APC)中藻蓝胆素(PCB)与脱辅基蛋白的生物合成,并在蓝藻体外对这两种色素蛋白PCB-ApcA和PCB-ApcB合成时聚集过程进行分析,通过多种组合的质粒在大肠杆菌体内共同表达进行重组。色素蛋白的吸收和荧光光谱以及Zn电泳表明,在大肠杆菌体内同时得到色素蛋白PCB-ApcA和PCB-ApcB,并且体内重组色素蛋白的细胞荧光光谱显示,色素蛋白以三聚体的形式存在,而破碎细胞后所得上清液所显示的光谱特征为单聚体的特征。

藻蓝蛋白裂合酶CpcS1与CpcT1的复合物初步研究

研究证实裂合酶CpcS1、CpcT1能分别催化藻蓝蛋白β亚基(简称CpcB)的两个色素结合位点(84位和155位)共价偶联藻蓝色素PCB(phycocyanobilin),但通过实验发现仅CpcS1和CpcT1共同催化CpcB无法生成天然构像的色素蛋白.为了挑选出辅助裂合酶,经过综合分析,筛选出6个与CpcS1、CpcT1同源的裂合酶.将编码裂合酶的基因按照本实验的需求,重新构建在其它载体上,在大肠杆菌BL21体内表达出蛋白后,分别与CpcS1、CpcT1混合,利用亲和层析分离,然后通过蛋白质电泳图谱初步分析裂合酶之间形成复合物的情况.能形成复合物的裂合酶,再与CpcS1、CpcT1及脱辅基蛋白共同转入大肠杆菌BL21体内进行体内重组研究.结果表明,CpcT1能分别与CpcS1、CpcT2、PecF形成复合物,但这些复合物均不能辅助催化CpcB生成天然产物.

鱼腥藻PCC7120基因all5292和alr0647的初步研究

通过BLAST软件分别对藻胆蛋白裂合酶(biliprotein lyase)编码基因cpcS和cpcT进行同源搜索分析,在鱼腥藻(Anabaena)PCC7120中获取了同源基因all5292和alr0647。同源分析发现,这两个基因所编码氨基酸序列与其相对应的裂合酶氨基酸序列相似程度分别达到53.4%和61.4%。随后,对这两个基因进行了初步研究。结果显示:All5292和Alr0647无论单独还是共同表达均没有裂合酶催化藻蓝胆素PCB结合到藻蓝蛋白(phycocyanin)或藻红蓝蛋白(phycoerythrocyanin)β亚基上的功能。通过在不同生理条件下对鱼腥藻PCC7120的培养,还对这两个基因的调控表达进行了初步的探索。结果表明:all5292和alr0647的表达与氮源的缺乏与否有联系,在氮胁迫条件下两个基因均进行了转录而在氮源充足的情况下则没有表达。

集胞藻PCC6803基因slr2049定点突变及其体内重组功能研究

在Synechocystis sp.PCC 6803中找到与cpeS具有高度同源性的基因slr2049.采用PCR从Synechocystis sp.PCC 6803DNA中扩增出cpcB,slr2049,ho1,pcyA4个基因;定点突变试剂盒构建8个突变体slr2049(H21S)、slr2049(L23S)、slr2049(A24S)、slr2049(F25S)、slr2049(W72L)、slr2049(G84S)、slr2049(R107S)和slr2049(Y124S);将它们与表达载体pCDFDuet-1和pET-23a(+)相连构建pCDF-cpcB-slr2049野生型和pCDF-cpcB-slr2049突变体以及pET-ho1-pcyA,进行高效表达,用亲和层析柱纯化,产物用SDS-PAGE和光谱检测.研究表明:突变体slr2049(H21S)、slr2049(L23S)、slr2049(F25S)、slr2049(W72L)、slr2049(G84S)、slr2049(Y124S)与野生型slr2049催化获得的重组藻蓝蛋白β亚基具有与天然藻蓝蛋白β亚基相似的光谱特性,其他2个突变体slr2049(A24S)和slr2049(R107S)催化的产物则没有光谱特性.由此推测,第24位丙氨酸和第107位精氨酸可能是slr2049酶活性的必需氨基酸,其所处位置是slr2049的活性位点.