易科泰手持式藻类光合-荧光测量技术应用案例-通过调控质体醌的合成重编程集胞藻新陈代谢

质体醌（PQ）是光合和呼吸电子传递链中非常重要的载体，虽然PQ含量及其氧化还原状态对光合微生物的生理和代谢有重要影响，但目前在光合微生物中关于PQ的合成及其相关代谢调控机制研究相对较少。2021年华东理工大学的科研人员，在Synthetic and Systems Biotechnology发表了 “Reprogramming the metabolism of Synechocystis PCC 6803 by regulating the plastoquinone biosynthesis”，通过引入外源基因竞争质体醌合成途径和添加外源化合物促进PQ积累等“开源节流”手段，探索了质体醌含量变化对集胞藻代谢的影响。

研究人员通过易科泰藻类光合-荧光测量技术检测了PQ含量变化对光系统Ⅱ的影响，结果发现，当PQ含量降低时，集胞藻的快速荧光动力学曲线（OJIP）基本形态没有发生改变，OJIP初始斜率(Mo)和j阶荧光相对变量 (Vj)分别下降了7.95%和7.55%，说明对羟基苯甲酸多异戊烯转移酶（lePGT）的过表达促进了QA和QB间的电子传递；通过添加外源低浓度4-羟基丁酸（4-HB），发现随着4-HB浓度的增加，OJIP初始斜率(Mo)和j阶荧光相对变量 (Vj)逐渐升高，说明低浓度4-HB抑 制了QA和QB之间的电子传递。

同时通过藻类光合-荧光测量技术测量了PQ含量变化对呼吸作用的影响，结果发现lePGT过表达的集胞藻呼吸速率比野生型（WT）高27.35%，这可能是因为光系统过度还原，需要光合和呼吸之间的代谢合作提供更多ATP；添加低浓度4-HB都能增加PQ含量，当添加1 mM 4-HB时呼吸速率提高了20.08%，添加2 mM 4-HB时呼吸速率降低了54.90%，结合叶绿素荧光参数分析说明PQ不仅是氧化还原的中间体，还可以通过其他途径影响集胞藻的生理状态。因此，PQ含量的变化将对集胞藻的光合和呼吸作用产生重要影响。

本研究探索了电子传递链核心PQ的合成调控及对生长代谢的影响，通过胞内PQ含量的变化实现对其生长代谢的精确调控，为发展微藻合成生物学提供了新的方法和策略。

参考文献：

Fan Jianhua, et al. 2021. Reprogramming the metabolism of Synechocystis PCC 6803 by regulating the plastoquinone biosynthesis. Synthetic and Systems Biotechnology 6(4): 351-359.

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