不同氮素水平對產油尖狀柵藻色素-蛋白復合物與全蛋白表達的影響.pdf

1、尖狀柵藻(Scenedesmus acuminatus)是一種單細胞淡水綠藻。前期研究證實,該藻在3.6 mM NaNO3條件下總脂含量最高可達細胞干重的54％,在6 mM NaNO3條件下可獲得最高單位體積總脂產率。這表明低氮條件在一定程度上促進了藻細胞油脂的積累。本文以尖狀柵藻為實驗材料,通過分析尖狀柵藻細胞活體和類囊體膜的光譜特性、色素蛋白復合物的組成與能量傳遞特性及細胞差異蛋白表達等信息,探究低氮脅迫條件下尖狀柵藻在快速積累油脂

2、過程中光合能量傳遞及色素蛋白復合物的變化規(guī)律,揭示其油脂積累過程中的光合作用響應機制,為進一步研究微藻產油及其調控機制及優(yōu)化其培養(yǎng)條件提供一定的理論基礎。研究結果如下:
　　(1)采用圓盤電泳技術(SDS-PAGE)從尖狀柵藻中分離得到6條色素-蛋白復合物條帶。高效液相色譜技術(HPLC)分析結果顯示,CPⅠ、CPa1、CPa2含有的色素成份主要有葉綠素a(Chla)、葉綠素b(Chlb)及類胡蘿卜素(Carotenoid);捕光

3、色素-蛋白復合物(LHCP)和游離色素(FP)中主要含有Chla、Chlb、葉黃素(Lutein)、堇菜黃素(Violaxanthin)、新黃質(Neoxanthin)、玉米黃素(Zeaxanthin)及β-胡蘿卜素(β-carotene)。二次電泳及質譜技術分析結果表明,CPⅠ、CPⅠa多肽組成大致類似主要為83 KD、82 KD多肽,其次為42 KD、44 KD和25-30 KD多肽。CPa1、CPa2中主要有56 KD、50 KD

4、及少量38 KD、39 KD多肽。LHCP中多肽分子量主要為26 KD、27 KD,還有少量20 KD、21 KD的多肽。依據各條帶的77 K光譜特性及色素與多肽分析結果,按照遷移速率由小到大6條帶分別為:CPⅠ、CPⅠa、CPa1、CPa2、LHCP、FP。
　　(2)從不同NaNO3濃度(18 mM、9.0 mM、6 mM、3.6 mM)和不同培養(yǎng)時相(第3、6、9、12、15天)的尖狀柵藻中分離的色素蛋白復合物存在差異,相對

5、于全氮(18 mM NaNO3),低氮條件下色素蛋白復合物顏色逐漸變淺,光系統(tǒng)中心復合物CPⅠ、CPa1、CPa2變化最為顯著。1/3 N(6 mM NaNO3)培養(yǎng)至第9天時CPa1、CPa2消失,1/5 N(3.6 mM NaNO3)培養(yǎng)至第3天CPa1、CPa2就已經消失,表明低氮對光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)中心復合物影響顯著。
　　(3)色素蛋白復合物的77 K熒光發(fā)射光譜分析結果顯示,隨NaNO3濃度的降低,CPⅠa、CPa2的

6、最大熒光發(fā)射峰增高,CPa2的最大熒光發(fā)射峰位出現(xiàn)紅移,說明氮限制影響到LHCP與光系統(tǒng)中心復合物之間的能量傳遞。
　　(4) iTRAQ結果表明:低氮限制時尖狀柵藻中有145個差異蛋白顯著表達,其中包括98個上調蛋白和47個下調蛋白。上調的差異蛋白主要涉及三羧循環(huán)(TCA)和糖酵解/糖異生途徑,包括蘋果酸脫氫酶(malate dehydrogenase)、烏頭酸水合酶(aconitate hydratase)、延胡索酸水化酶(f

7、umarate hydratase)、丙酮酸激酶部分蛋白(Phosphoenolpyruvate/pyruvate domain-containing protein)、乙醇酸脫氫酶(glycolate dehydrogenase)、6-磷酸葡萄糖脫氫酶(6-phosphogluconate dehydrogenase)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase)、3-磷酸甘油醛脫氫酶(Glyceraldehyde-3-phospha

8、te dehydrogenase)等,表明藻細胞通過分解碳水化合物為細胞的基本生理代謝供能。下調的差異蛋白主要涉及光合作用,包括光系統(tǒng)Ⅱ內周天線CP47蛋白(photosystem II47 kDa protein)、光系統(tǒng)Ⅱ內周天線CP43脫輔基蛋白(Photosystem II CP43 chlorophyll apoprotein)、PSⅡ中心 D1蛋白(Photosystem Q(B) protein)、葉綠素 a/b捕光色素蛋

9、白復合物(light-harvesting chlorophyll-a/b binding protein LhcbM3、LhcbM4)、light-harvesting complex I protein(LHC I)、PSⅠ中心A2脫輔基蛋白(Photosystem I P700 chlorophyll a apoprotein A2)、PSⅡ中心D2蛋白(Photosystem II D2 protein)等,表明藻細胞通過降解光