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蓝细菌中的小RNA分子影响代谢驯化

2018-12-28 11:58:11 • 来源：

来自弗莱堡大学生物学院的Wolfgang R. Hess教授和Jens Georg博士合作的国际研究人员发现了一种小RNA分子，它在蓝藻如何根据可用铁量调节新陈代谢方面起着关键作用。在环境中。含氧光合作用 - 植物，藻类和蓝细菌产生氧气并收获太阳能以合成有机物质 - 是一个依赖铁的过程。当只有少量的铁可用时，蓝细菌能够通过使用研究人员称之为“铁应激激活的RNA 1”的IsaR1来降低其光合作用活性。研究小组在最新一期的“ 当代生物学”杂志上发表了他们的发现。

蓝细菌中的小RNA分子影响代谢驯化

由于它们依赖铁，产生氧的光合细胞面临双重困境。一方面，三价铁(Fe3 +)和氧气倾向于彼此反应并形成一种通常不溶于富氧环境的锈，这意味着所得的铁化合物不能用于代谢。另一方面，亚铁(Fe2 +)可以通过与每个活细胞中存在的分子反应而导致产生危险的自由基。因此，铁是一种必不可少但具有潜在危险的元素，细胞必须不断调节其状态和浓度。

长期以来，科学家们已经知道许多细菌在一种名为Fur的转录因子的帮助下保持其铁水平稳定，该转录因子代表“铁吸收调节剂”。当存在足够量的铁时，Fur将其结合。这使得Fur能够充当阻遏物，这意味着它对某些基因的表达具有抑制作用。如果发生铁饥饿，则毛发失去结合的铁原子，使细菌产生某些蛋白质，例如，确保铁的摄取。

当没有足够的铁时，细菌也必须抑制其他基因的表达，这样它们就可以阻止特别富含铁的蛋白质的产生，并且对于在不利条件下存活不是绝对必需的。对于含氧光合作用的装置尤其如此，其是细胞中最富铁的超分子结构。DNA中包含的信息的转录涉及调节RNA。这些RNA分子之一是IsaR1。当铁含量低时，IsaR1会影响蓝细菌的光合作用以三种不同的方式。首先，IsaR1抑制对光合作用重要的多种蛋白质的表达。其次，IsaR1干扰导致绿色光合色素叶绿素产生的生化途径，当铁缺乏时，需要少量生长。第三，IsaR1不利于铁 -硫簇的蛋白质表达，这在光合作用中也很重要。

同样值得注意的是，与调节蛋白的基因相比，IsaR1仅由68个核苷酸组成，调节蛋白通常需要数千个这样的构建模块。沃尔夫冈赫斯说：“发现如此短的RNA分子控制新陈代谢中的这种主要的驯化反应，从而影响三个不同水平的光合机械，这是一个惊喜。” 该团队的研究结果不仅提供了对以前未知的光合蓝藻适应策略的深入了解; 它们还使研究人员能够得出关于所有“绿色”生物(包括植物和藻类)中光合作用过程调节的关键结论。

背景：蓝细菌

在澳大利亚发现的称为叠层石的微化石表明，光合作用蓝藻是地球上最古老的生命形式。类似的细胞甚至已经存在于30多亿年前。它们的光合作用将氧气释放到大气中，并在几千年内积累，最终使动物和人类进化。蓝藻，特别是海洋中的蓝藻，在今天的环境周期中继续发挥着重要作用。

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