在自然界中，藍藻作為一類重要的光合自養微生物，在生態系統中扮演著關鍵角色。它們通過光合作用固定二氧化碳，對全球碳循環貢獻顯著。除了自養生長，某些藍藻如Synechocystis sp. PCC 6803還具有混合營養的能力，即在光照條件下同時利用二氧化碳和有機碳源（如葡萄糖）生長。這種營養模式的轉換及其主要碳儲存大分子——糖原的作用尚不清楚。2024年5月6日，New Phytologist雜志在線發表芬蘭圖爾庫大學與西班牙塞維利亞大學聯合署名標題為Glycogen synthesis prevents metabolic imbalance and disruption of photosynthetic electron transport from photosystem II during transition to photomixotrophy in Synechocystis sp. PCC 6803的研究論文。文章旨在探討糖原在光自養生長向光混合營養生長轉換過程中的生理和代謝作用，以及糖原合成對光合作用電子傳遞鏈的影響。
在本研究中，科研人員分析了添加葡萄糖對 Synechocystis sp. PCC 6803和缺乏磷酸葡萄糖轉氨酶和ADP-葡萄糖焦磷酸酶的突變體的生理、代謝和光合作用狀態的影響，這些突變體的糖原合成受到限制。
研究發(fa)現糖原(yuan)(yuan)起(qi)著代(dai)謝(xie)緩(huan)沖器(qi)的作(zuo)用(yong)。在野生(sheng)型(WT)中，添(tian)加(jia)葡(pu)(pu)萄糖會增(zeng)加(jia)生(sheng)長(chang)和(he)糖原(yuan)(yuan)儲備，但在糖原(yuan)(yuan)合(he)(he)成突變體中，生(sheng)長(chang)會停止。添(tian)加(jia)葡(pu)(pu)萄糖30分鐘(zhong)后，糖原(yuan)(yuan)合(he)(he)成突變體中卡爾文-本森(sen)-巴(ba)薩姆循環(huan)和(he)氧(yang)化(hua)磷酸(suan)戊糖分流的代(dai)謝(xie)物比 WT增(zeng)加(jia)了(le)三(san)倍。這(zhe)些變化(hua)極大地影(ying)響(xiang)了(le)糖原(yuan)(yuan)合(he)(he)成突變體的光合(he)(he)作(zuo)用(yong)性(xing)能，因為氧(yang)氣進化(hua)和(he)二氧(yang)化(hua)碳吸收都(dou)受到了(le)影(ying)響(xiang)。
基(ji)于上述研(yan)究(jiu)得出以(yi)下結論，糖原(yuan)合(he)成在向(xiang)光合(he)作用轉變的(de)過程中至關重要，可避免代(dai)謝(xie)失(shi)(shi)衡導(dao)致PSII電子傳遞(di)(di)受(shou)抑制(zhi)，進而導(dao)致活性氧積累、PSII核(he)心(xin)蛋白缺失(shi)(shi)和細胞死亡。本研(yan)究(jiu)通(tong)過了解光合(he)電子傳遞(di)(di)與新陳代(dai)謝(xie)之間的(de)相互協調，為優化基(ji)于光互補的(de)生物技術奠定了基(ji)礎(chu)。
在本研究中，葉綠素熒光及NADPH熒光測量由雙通道熒光儀DUAL-PAM-100組合NADPH/9-AA模塊完成；PC，P700，Fd的氧化還原變化通過四通道動態LED陣列近紅外光譜儀完成。以下是部分研究(jiu)結(jie)果(guo)。
葡萄糖(tang)(tang)會(hui)導致糖(tang)(tang)原(yuan)代謝受損菌株(zhu)的生長(chang)停滯、氧化應(ying)激和 PSII 水平降低，圖中顯(xian)示了(le)補充 2 mM葡萄糖(tang)(tang)后(hou)WT集胞藻和糖(tang)(tang)原(yuan)代謝缺(que)陷菌株(zhu)的表型(xing)表征。
控制葡萄糖引起的直接代謝變化需要糖原代謝，圖中顯示了添加葡萄糖后 WT、ΔPGM 和 ΔAGP Synechocystis 菌株上游代謝的變化。
控制葡萄糖引起的直接代謝變化需要糖原代謝，圖中顯示了添加葡萄糖后 WT、ΔPGM 和 ΔAGP Synechocystis 菌株下游代謝的變化。
分析補充葡萄糖對 WT、?PGM 和 ?AGP Synechocystis 菌株光合作用和PSII性能的影響。
Synechocystis 光能(neng)自(zi)養時(shi)和添加葡萄(tao)糖(tang)30分鐘后PETC中PSI氧化還原(yuan)特性和電子流。
光營養不良和添加葡萄糖30分鐘后Synechocystis 細胞色素b6f成分的氧化還原狀態變化
WT、?PGM 和 ?AGP Synechocystis 菌株在光自養和添加葡萄糖 30 分鐘后的 NAD(P)H 熒光。
糖原(yuan)在(zai)聚胞(bao)藻(zao)中(zhong)對(dui)光(guang)(guang)混合營(ying)(ying)養的(de)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)適應中(zhong)的(de)作用(yong)及其與(yu)光(guang)(guang)合作用(yong)的(de)相(xiang)互聯系。在(zai)光(guang)(guang)異養生(sheng)長的(de)細胞(bao)中(zhong)，葡(pu)萄(tao)糖的(de)攝取用(yong)于細胞(bao)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)誘(you)導(dao)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)譜(pu)的(de)變化，部分(fen)碳重新定位為糖原(yuan)。這允許平穩過渡(du)到(dao)光(guang)(guang)混合營(ying)(ying)養條件。然而，糖原(yuan)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)受(shou)(shou)損(sun)迫使葡(pu)萄(tao)糖攝取轉向中(zhong)樞碳代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)，導(dao)致(zhi)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)在(zai)幾(ji)分(fen)鐘內溢出。這種不(bu)平衡(heng)會影(ying)響PSII供體側的(de)電子轉移(yi)。光(guang)(guang)合作用(yong)受(shou)(shou)阻(zu)的(de)合理原(yuan)因(yin)包(bao)括代(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)類似(si)物在(zai)PSII內的(de)碳酸氫(qing)鹽置(zhi)換或(huo)誘(you)導(dao)由PSII相(xiang)關(guan)蛋白介導(dao)的(de)次級調節機(ji)制。這種阻(zu)塞最終(zhong)導(dao)致(zhi)活性氧的(de)產生(sheng)增加(jia)，阻(zu)礙了生(sheng)存能力。
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