青岛能源所基于“基因互补”和差异转录组学策略
发现新的蓝细菌胁迫耐受关键因子

　　为了鉴定决定聚球藻胁迫耐受能力的关键基因，由青岛能源所吕雪峰研究员带领的微生物代谢工程研究组（http://mme.qibebt.ac.cn/）采用了 “基因互补”策略：即将聚球藻PCC7942视做基因缺陷型突变株，以聚球藻UTEX2973的基因片段转化聚球藻PCC7942，筛选具有高温和高光耐受能力的突变株。结果发现，所有高温高光耐受的聚球藻PCC7942突变株在其FoF1 ATP 合成酶ɑ亚基（AtpA）的252位氨基酸均有一个C252Y（色氨酸到络氨酸）的点突变。而针对该位点的饱和突变发现，将半胱氨酸（Cysteine, C）突变为任何一种共轭氨基酸（苯丙氨酸、络氨酸、组氨酸、色氨酸）都能够使得聚球藻PCC7942获得高温高光的耐受能力。通过系统的生化、生理和代谢水平研究发现，C252Y点突变造成了FoF1 ATP 合成酶ɑ亚基蛋白水平和FoF1 ATP 合成酶活性的显著提高，增加了胞内ATP水平；显著提高了胁迫条件下的光系统II核心D1蛋白的转录水平、光合放氧，线性电子传递速率，乃至糖原积累速率。本研究鉴定了决定速生聚球藻环境胁迫耐受能力的关键基因，为代谢工程改造光合生物环境抗逆性提供了重要靶标（Appl Environ Microbiol, 2018）。

　　而针对聚球藻UTEX2973胁迫条件下转录调控机制不清的问题，研究组与德国弗莱堡大学Wolfgang Hess教授研究组合作开展了基于dRNA-seq的差异转录组学研究，分析了不同胁迫条件对于聚球藻UTEX2973基因转录和生理代谢的影响，发现了响应强光信号的小RNA分子PsrR1以及黑暗条件大量转录的Sye_sRNA1和Sye_sRNA3，并推测了它们可能的作用机制。此外，该研究还精确鉴定了聚球藻UTEX2973全基因组范围的4808个转录起始位点，为后续转录调控以及代谢工程改造研究奠定了基础（Biotechnol Biofuels, 2018）。

　　图1. 不同胁迫对聚球藻UTEX2973中心代谢的影响

　　图2. 聚球藻UTEX2973所有转录本TSS分布图

　　相关研究得到了国家自然科学基金杰出青年基金、中科院重点部署项目、山东省重大基础研究等项目的支持。(文/图 谈晓明)

　　相关成果发表：

　　(1)Lou W#, Tan X#, Song K, Zhang S, Luan G, Li C, Lu X*. (2018). Single SNP in ATP synthase gene significantly improves environmental stress tolerance of Synechococcus elongatus PCC 7942. Appl Environ Microbiol doi:10.1128/aem.01222-18.

　　(2)Tan X#, Hou S#, Song K, Georg J, Kl？hn S, Lu X*, Hess WR*. (2018). The primary transcriptome of the fast-growing cyanobacterium Synechococcus elongatus UTEX 2973. Biotechnol Biofuels 11:218.