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Anabaena sp.PCC7120是一种丝状蓝细菌,它在缺少化合态氮源时分化出一种特殊的能进行生物固氮的异型胞。异型胞和营养细胞有很大的不同,异型胞不具有可以光合放氧的光系统Ⅱ,仅含光系统Ⅰ。异型胞中光系统I的循环电子传递对异型胞的生理活动有重要影响,但是,目前对异型胞中循环电子传递的机理了解甚少。研究表明,在单细胞蓝细菌Synechooystis sp.PCC6803和Synechococcus sp.PCC7002中,光系统Ⅰ的一个外周蛋白PsaE介导围绕PSI的循环电子传递,但目前还没有有关丝状蓝细菌PsaE的报道。和光系统密切相关的铁氧还蛋白-NADP+还原酶(ferredoxin-NADP+ reductasc,FNR)催化Fd(或Fld)和NADP(H)之间的电子传递。在高等植物中,FNR是由一个多基因家族编码的。在叶片中,FNR在光合电子传递链中扮演着重要的角色,催化NADPH的合成,为细胞的各种同化过程提供还原力。而高等植物异养型的组织或者器官如根中,存在不同形式的FNR,推测执行相反的功能,在NADPH存在的情况下为氮同化提供电子。在蓝细菌中,只有一个编码FNR的petH基因。然而,人们发现Synechocystis sp.PCC6803中存在由同一petH基因从不同的起始位点翻译编码的两种大小不同的FNR蛋白-FNRl和FNRs,行使不同的功能。但目前尚无有关异型胞中FNR作用机理的研究报道。 构建了Anabaena sp.PCC7120中缺失psaE基因的突变体。psaE缺失突变体在CO2浓度不足时生长速率比野生型慢,在DCMU存在时,P700的还原速率也明显比野生型慢,说明psaE的确参与循环电子传递。psaE缺失突变体放氧的速率比野生型低,并且突变体光系统Ⅱ的自发荧光比野生型高,说明psaE对于高效的光合作用是需要的。固氮生长时,突变体的生长速率比野生型慢,突变体固氮酶的活性显著变低,大约是野生型的60％,而异型胞分化的格式和频率以及固氮酶的含量都没有明显的变化,说明在异型胞中,psaE介导的循环电子传递在固氮酶进行固氮作用中起重要作用。 在Anabaena sp.PCC7120野生型中,FNRs只在异型胞中表达。构建了Anabaena sp.PCC7120中只表达FNRL,的M9点突变体。加氮生长时,M9的生长速率和野生型相比没有明显变化;固氮生长时,M9的生长速率比野生型明显变慢,异型胞分化的频率增高,圆氮酶的活性显著下降,仅为野生型的1/3。说明FNRs对固氮作用有重要影响。为了观察仅含FNRs的生理效应,构建了Synechococcus sp.PCC7002中只表达FNRs的afnr突变体。Dfnr光合自养的生长速率比野生型明显变慢。在DCMU存在时,dfnrP700的还原速率比野生型快,说明dfnr的循环电子传递比野生型强。推测在Anabaena sp.PCC7120中,FNRs的作用可能是增强循环电子传递以形成更多的ATP为固氮酶进行固氮作用提供能量。