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鱼腥藻PCC7120 (Anabaena sp. PCC7120)是一种丝状固氮蓝藻,在缺氮诱导条件下,沿着丝体约每隔10个营养细胞分化出一个固氮细胞即异形胞,使得鱼腥藻PCC7120成为一维生物体细胞分化及图式研究的模式。鱼腥藻和其他蓝藻的外膜是吸收营养物质的第一道屏障,在鱼腥藻中还可能直接影响异形胞包被的形成,但迄今为止,有关蓝藻外膜蛋白的功能尚缺乏研究。本研究分离纯化了鱼腥藻PCC7120的外膜,通过2-DE和质谱鉴定了一些表达量较大或与铁离子吸收相关的外膜蛋白,利用luxAB报告基因研究了编码基因的表达,并对其中4种蛋白的编码基因进行定向插入突变,发现有2个基因可能与钙离子的吸收密切相关。主要研究内容和研究结果分3部分:第一,鱼腥藻PCC7120外膜的分离纯化和外膜蛋白的鉴定。利用双相法结合蔗糖密度梯度超离心分离了鱼腥藻PCC7120的外膜,并通过光谱扫描和Western-blot检测证明无类囊体膜和质膜污染。利用2-DE分离外膜蛋白,以MOLDI-TOF MS或ESI-Q-TOF MS鉴定了8种表达量较大的蛋白。第二,与铁离子吸收相关的外膜蛋白功能的研究。利用2-DE分析了在含铁离子和无铁离子两种培养条件下培养细胞的外膜蛋白,发现在缺铁条件下外膜蛋白中有5种表达明显上调,有3种表达量无明显变化。通过报告基因luxAB研究各基因的转录表达,发现几种基因之间存在此消彼长的互补关系。第三,与钙离子吸收相关的外膜蛋白的研究。对表达量比较大的四种外膜蛋白基因进行插入失活,对突变株的生长和外膜蛋白进行研究,发现突变株all3983::C.CE2在缺氮诱导时生长略有减缓,而在突变株alr2269::C.CE2中外膜蛋白All3983水平增加。利用报告基因luxAB发现,在突变株alr2269::C.CE2中基因all3983的表达随着营养的消耗逐渐上调。从BG-11培养液中逐个去除营养成分发现钙离子的缺乏是该基因上调的关键诱因。将这两个基因的突变株与野生型相比较,发现alr2269突变株在含1/50钙离子的BG-11中生长减缓,而all3983突变株在含1/1000钙离子的BG-11中生长减缓。这些结果显示,外膜蛋白Alr2269和All3983可能与钙离子吸收有密切关系。本研究得到以下主要结论:(1)利用双相法结合蔗糖密度梯度超离心可以有效纯化鱼腥藻PCC7120的外膜;(2)在缺铁诱导的条件下,鱼腥藻PCC7120有5种外膜蛋白显著增加,并且与铁离子转运相关的8种外膜蛋白基因也在转录水平发生调控;(3)外膜蛋白Alr2269和All3983可能与胞外钙离子的吸收和转运有关。