| Результаты этапа: Изучена роль компонентов дыхательной электрон-транспортной цепи тилакоидной мембраны в регуляции состояния фотосинтетического аппарата цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803. Установлено, что после темновой адаптации клеток фотосинтетический аппарат мутантов, лишенных сукцинатдегидрогеназы, дегидрогеназы NDH-1 или дыхательных оксидаз, находится в разных состояниях. Анализ экспрессии генов, кодирующих субъединицы дегидрогеназы NDH-1, выявил зависимость уровня их экспрессии от функциональной активности сукцинатдегидрогеназы. Для изучения молекулярных механизмов переноса энергии в антенных комплексах (фикобилисомах) сконструированы мутанты цианобактерии, лишенные фотосистем I и II и отдельных субъединиц аллофикоцианина. Исследована роль ApcD, ApcE и ApcF субъединиц аллофикоцианина в переносе энергии возбуждения в фикобилисомах и в опосредованном оранжевым каротиноидным белком (OCP) нефотохимическом тушении флуоресценции у Synechocystis sp. PCC 6803. Установлено, что ApcD и ApcF субъединицы необходимы для переноса энергии в фикобилисомах in vivo, однако их отсутствие не влияет на скорость образования центров тушения и уровень нефотохимического тушения. Сравнение механизмов миграции энергии в фикобилисомах мутантов, показало, что сайтом тушения является ядро фикобилисомы.
На основе интегративных плазмидных векторов E.coli создан ряд генетических конструкций, которые использованы для поэтапного получения мутантных штаммов цианобактерии Anabaena variabilis с высоким уровнем фотопродукции молекулярного водорода, обусловленным последовательным введением мутаций в несколько генов (hupL, hypF, glnA, ftr), контролирующих как различные этапы процесса рециклизации водорода, так и процессы образования и ассимиляции ионов аммония в клетках гетероцистных цианобактерий Полученные результаты позволяют провести углубленный анализ механизмов генетического контроля процесса продукции водорода у цианобактерий, а также предложить новый способ получения водород-продуцирующих мутантов для биотехнологического использования.
На основе критического анализа сведений, опубликованных в 2004 – 2014 гг. обобщены представления о роли цианофагов в эволюции цианобактерий. Наличие и функционирование цианобактериальных генов в геномах цианофагов свидетельствует о геномной коэволюции цианофагов и их хозяев, осуществляемой через горизонтальный перенос генов и контроль численности популяций. Суммированы сведения об основных трендах эволюции цианобактерий, реализуемых путем редукции геномов (у морских Prochlorococcus и Synechococcus с высоким уровнем генного полиморфизма и ограниченной способностью к репарации ДНК) или в результате экспансии генных семейств у видов с большими геномами и активными системами геномных перестроек при участии транспозаз. Cформулированы представления об альтернативных сценариях геномной эволюции и ключевой роли цианофагов в эволюции цианобактерий..
Завершен функциональный анализ оперона prqRA, кодирующего транскрипционный регулятор PrqR и транспортный белок PrqA у цианобактерии Synechocystis. Установлено участие гена prqR в регуляции экспрессии генов биогенеза пилей и переключении фототаксиса, а также окончательно доказано участие белка PrqA в экспорте токсичных органических катионов.
Продолжено исследование мутантов с регулируемой экспрессией гена fur, который по нашим данным является регулятором гомеостаза железа и стрессового ответа у цианобактерий. Анализ экспрессии генов предполагаемого fur-регулона, включающего 29 генов, подтвердил негативную регуляцию геном fur экспрессии части генов систем транспорта железа. Вместе с тем из состава предполагаемого fur-регулона были исключены 4 гена (iutA, perR, slr1485 и chlL), экспрессия которых оказалась fur-независимой. Установлено, что адекватная оценка транскрипционной активности гена fur существенно осложнена экспрессией гена asfur, частично перекрывающего ген fur и кодирующего антисмысловую РНК, комплементарную матричной РНК Fur. С целью функционального анализа гена asfur сконструированы мутанты с регулируемой копией этого гена. Получены интригующие предварительные результаты, указывающие на участие РНК asFurв позитивной (а не негативной, характерной для антисмысловых РНК) регуляции гена fur.
Продолжено изучение роли гена tonB, кодирующего центральный компонент различных систем транспорта у грамотрицательных бактерий, в гомеостазе железа у цианобактерий. Показано, что этот ген не контролирует транспорт свободного железа у цианобактерии Synechocystis. Начато изучение функций одиннадцати генов, кодирующих компоненты потенциальных систем tonB-зависимого транспорта сидерофоров. Эти исследования позволят идентифицировать гены, ответственные за ассимиляцию клетками Synechocystis экзогенных сидерофоров.
|
