圣大科学家揭示大肠杆菌控制藻类精氨酸合成的新机制

蓝藻与植物等光合作用生物的生长通常需要养分，而限制其生长的主要因素往往是氮。精氨酸是重要的氨基酸之一，在蛋白质、多胺和一氧化氮的生产过程中起到关键作用，这些物质有助于这些生物适应压力环境并继续生长。

研究成果发表在科学杂志《Plant Science》上。

盐生杜氏藻是一种单细胞绿藻，生活在以高盐度为特征的超盐水体中。科学家们经常对它进行研究，因为这种藻类能够适应这种环境并产生有用的物质，特别是天然色素类胡萝卜素。例如，研究人员面临的一个问题是，这种植物究竟如何控制精氨酸的生物合成。

据圣大科学家介绍，这种控制通常是通过关键酶N-乙酰-L-谷氨酸氧化酶来实现的，而在光合生物中，这种酶是由一种特殊的蛋白质PII控制的。当精氨酸含量较高时，它就会激活该酶，以便额外合成这种重要的氨基酸。

此前，人们认为这是植物控制精氨酸合成的唯一方法，但圣彼得堡大学科学家与河北农业大学合作进行的研究表明，还存在其他方法可以调节这一过程。

“我们从盐生杜氏藻中获得了N-乙酰-L-谷氨酸氧化酶和PII蛋白，通过在大肠杆菌（Escherichia coli）中合成它们，并使用亲和色谱法进行纯化。结果显示，这种藻类的PII蛋白不能解除由精氨酸引起的酶的阻断。这一点在表面等离子体共振实验中得到证实，表明这两种蛋白质之间没有相互作用。由此，我们首次论证，藻类精氨酸合成的控制可能完全不需要PII蛋白的参与”，圣大微生物适应实验室负责人叶莲娜·叶尔米洛娃解释道。

圣彼得堡国立大学与中华人民共和国的多所高校保持着多年的学术合作关系。例如，2019年与哈尔滨工业大学签署了建立联合校园的协议，该校园于2024年5月17日开放。这个联合教育中心将成为俄中在教育科学领域合作的旗舰之一。普京总统在与哈尔滨工业大学中俄师生会面时宣布了这一消息。

此外，2024年4月，中国教育部部长怀进鹏访问了圣彼得堡国立大学，探讨了两国在科学教育领域的战略合作伙伴关系。

第二个重要的成果是在创建杂交蛋白质时获得的，其中盐生杜氏藻的PII蛋白C端被另一种衣藻属绿藻——莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的C端所取代。杂交PII蛋白质恢复了调节N-乙酰-L-谷氨酸氧化酶的能力。这首次证明了来自保守的PII家族信号蛋白C端的功能性作用。

圣彼得堡国立大学的研究人员解释说，这些数据证实了以下假设，即植物在演化进程中调整了自己的PII蛋白，以调节特定酶的工作，而在细菌中，相同的蛋白则参与了复杂的物质交换过程。此外，这项研究有助于理解植物对高盐度的耐受机制。据科学家们介绍，有可能其他生活在高盐度环境中的植物也失去了对精氨酸合成的控制。

该研究使用了圣大科学园“分子与细胞技术开发中心”的设备。