蓝细菌中向光性与向重力性的相互作用

《Biophysical Journal》：Interactions of Phototropism and Gravitropism in Cyanobacteria

　　

科林·盖茨（Colin Gates）|哈里达斯·蒙杜尔（Haridas Mundoor）|伊万·斯马柳赫（Ivan Smalyukh）|杰弗里·C·卡梅伦（Jeffrey C. Cameron）

美国科罗拉多大学博尔德分校可再生能源与可持续能源研究所，博尔德，科罗拉多州，80303

摘要

虽然已证明细菌的基因表达会受到接近零重力或极高重力的影响，但至今尚未确定其具体机制。在较大的生物体内，重力感知机制通常依赖于细胞能够检测到的定向压力。本文通过观察蓝细菌在重力和光照作用下的天然色素差异表达，揭示了重力对蓝细菌的影响。我们发现，在蓝细菌Synechococcus sp. PCC 7002中，细胞内的色素分布以及细胞菌落的色素分布受多重因素调控：对入射光的方向感知、通过细胞外基质与表面的黏附作用，以及外力（包括重力）的作用。生长在基质上的细胞会将其类囊体定向排列在靠近基质的一侧和远离基质的一侧，并将叶绿素和藻胆素分别定位在这两个膜区域；藻胆素主要分布在靠近光源的膜区域，而叶绿素则优先出现在与外部施加力相对的膜区域。色素的分布机制似乎与细胞内的多磷酸盐体有关，去除多磷酸盐会削弱细胞感知外力的能力。此外，菌落的形态也会受到外力作用的影响，细胞会根据其他细胞分泌的物质沿预期光照梯度作出反应。这些结果为理解光合作用的基本调控机制迈出了重要一步，并据我们所知，首次揭示了原核生物中的细胞内定向重力响应机制。