光合细菌的乙酰化修饰及其对产氢效率影响的研究

类球红细菌具有光能自养、化能自养、光能异养、化能异养等多种生活方式，既能进行光合作用，固定二氧化碳，还具有固氮作用。另一方面，类球红细菌常用于光发酵产氢的研究中，其产氢效率受到固氮酶和吸氢酶的活性、光合系统对光的利用效率、电子传递链的效率以及有机物氧化和铵同化等代谢途径的影响。近年来研究表明，蛋白质乙酰化修饰参与调控原核生物中代谢途径中催化酶和双组分调控系统中应答蛋白质的活性，从而影响原核生物的重要生理生化现象。本项研究中，我们将寻找与鉴定类球红细菌中蛋白质乙酰化酶与去乙酰化酶的编码基因，比较分析乙酰化修饰系统突变株与野生菌株的乙酰化修饰蛋白质组，揭示在类球红细菌中蛋白质乙酰化修饰所涉及的重要代谢途径或调控系统，并分析其对光合产氢效率的影响。研究结果将为全面认识原核生物乙酰化修饰系统的遗传基础与作用机理、解析类球红细菌对环境适应的分子机制以及光合产氢效率的调控网络积累基础数据。

类球红细菌能够以多种营养代谢方式生存，并且还能够在厌氧条件下进行光合作用、固定氮气、产氢气。因而，类球红细菌的代谢网络的调控是复杂且精准的。近年来研究表明，蛋白质乙酰化修饰也是原核生物中非常普遍的翻译后修饰之一，影响了蛋白质的活性、稳定性、蛋白与DNA之间结合以及中心碳代谢的走向。因此，乙酰化修饰很可能也参与了类球红细菌的代谢网络的调控。本项研究中，我们鉴定了类球红细菌中的去乙酰化酶CobB的功能，并且比较了cobB敲除菌株与野生型菌株在不同培养条件下的生长表型，证实了乙酰化修饰确实参与了类球红细菌的代谢调控。其次，我们获得了类球红细菌在光合厌氧条件下的乙酰化蛋白质组，寻找到了多个参与厌氧代谢和光合作用等重要生理过程的靶点蛋白。本项研究解析了乙酰化修饰调控厌氧相关的全局性转录调控因子FnrL与下游基因启动子结合的分子机制，解析了乙酰化修饰调控CO2固定过程中的关键酶RubisCO活性的机制。另外，通过分别敲除类球红细菌的三条葡萄糖代谢途径（EMP、ED和ED-bypass途径）中的关键基因（edd、cfxA and kdg），本研究还比较了三条葡萄糖代谢途径对产氢效率的贡献，并且提出了类球红细菌利用葡萄糖产氢气效率较低可能的原因。本项目的研究结果为全面认识原核生物乙酰化修饰系统的遗传基础与作用机理、解析类球红细菌厌氧代谢和光合作用过程中的调控网络积累了基础数据。