蓝细菌糖原代谢动态调控和生理功能研究

论文摘要

作为光合自养型原核生物,蓝细菌能够利用光合作用固定二氧化碳并将其作为碳源用于合成有机化合物。来自光合作用的大量碳源和能量除了用于细胞生长和代谢活动外,很大一部分将以糖原的形式作为蓝细菌天然碳汇物质而存在。而以蓝细菌为底盘构建的光驱固碳细胞工厂为了提高目标化合物的产量,需要将蓝细菌中的碳源更多地重定向至目标化合物的合成途径,以此为目标,糖原合成途径的改造和调控成为蓝细菌代谢工程的重要选择。调节控制蓝细菌的糖原合成、实现碳流的重定向成为优化细胞工厂效率的主要策略。本研究以常用于光合细胞工厂开发的蓝细菌模式藻株聚球藻PCC7942为出发藻株,以其糖原合成途径的关键限速酶ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（GlgC）为改造靶点,利用茶碱响应型核糖开关对glgC的表达、糖原的合成进行调控,并进一步探索糖原合成量改变是否会引起细胞生理功能的变化。通过核糖开关调控的方法,能够对聚球藻PCC7942的糖原合成量实现上下调控:减少糖原合成量时,聚球藻PCC7942细胞在正常条件下的生理功能和生长状态并没有受到损害,但细胞耐受性在面临环境胁迫时明显降低,无法维持正常生长;当糖原合成量通过改变茶碱浓度诱导增加时,聚球藻PCC7942细胞的胁迫耐受性恢复至正常状态。本研究通过动态调控蓝细菌糖原合成和探讨糖原含量变化对细胞生理功能的影响,证实了糖原合成和糖原含量对蓝细菌细胞适应性和胁迫环境下细胞耐受性的积极作用。这进一步验证了蓝细菌糖原合成的生理意义,并为蓝细菌光驱固碳细胞工厂生理功能的优化提供了可借鉴的策略。

论文目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 蓝细菌概述

1.1.1 蓝细菌基本介绍

1.1.2 蓝细菌细胞工厂的应用

1.1.3 蓝细菌的生态应用

1.2 蔗糖代表的相容性溶质概述

1.2.1 蓝细菌相容性溶质简介

1.2.2 蓝细菌中蔗糖的合成途径

1.2.3 蓝细菌代谢工程改造提高蔗糖产量

1.3 蓝细菌糖原概述

1.3.1 蓝细菌中糖原的合成途径

1.3.2 蓝细菌中糖原的生理功能

1.3.3 糖原代谢改造应用于蓝细菌代谢工程

1.4 核糖开关概述

1.4.1 核糖开关基本介绍

1.4.2 蓝细菌中的天然核糖开关

1.4.3 核糖开关在合成生物学的应用

1.5 研究目的和实验设计

2 聚球藻PCC7942构建调控糖原合成工程藻株

2.1 实验材料

2.1.1 实验菌种

2.1.2 实验仪器

2.1.3 实验试剂

2.1.4 实验培养基

2.1.5 配制试剂

2.2 实验方法

2.2.1 聚球藻PCC7942的转化

2.2.2 聚球藻PCC7942的培养

2.2.3 蓝细菌基因组提取

2.2.4 蓝细菌菌株的冻存

2.2.5 蓝细菌总蛋白的提取和定量

2.2.6 蛋白免疫印迹

2.3 结果分析

2.3.1 核酸电泳验证

2.3.2 蛋白免疫印迹验证

2.4 讨论

3 调控糖原合成工程藻株的生理影响探究

3.1 实验材料

3.1.1 实验菌种

3.1.2 实验仪器

3.1.3 实验试剂

3.1.4 配制试剂

3.2 实验方法

3.2.1 藻株培养

3.2.2 生长曲线绘制

3.2.3 光合放氧速率的测定

3.2.4 糖原含量的测定

3.2.5 细胞干重的测定

3.3 结果分析和讨论

3.3.1 调控糖原合成对藻株生长的影响

3.3.2 光合放氧速率的变化

3.4 讨论

4 糖原对聚球藻细胞胁迫耐受性的作用探究

4.1 实验材料

4.1.1 实验菌种

4.1.2 实验仪器

4.1.3 实验试剂

4.1.4 配制试剂

4.2 实验方法

4.2.1 盐胁迫环境培养

4.2.2 高pH胁迫环境培养

4.3 结果分析和讨论

4.3.1 盐胁迫下生长状况

4.3.2 pH胁迫下生长状况

4.4 讨论

5 结论与展望

5.1 实验结论

5.2 前景展望

6 创新点

参考文献

附录攻读学位期间的主要学术成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郗欣彤

导师: 毛绍名

关键词: 蓝细菌,糖原,核糖开关,胁迫耐受性

来源: 中南林业科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 中南林业科技大学

分类号: Q25

总页数: 73

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