研究发现蓝藻代谢与环境适应新途径

   中科院植物生理生态所杨琛研究组利用动态代谢流量组与代谢组分析技术发现一条新的代谢途径，揭示了该途径为蓝藻适应环境所必需及其重要的进化及生态学意义。该成果近日在线发表于《自然—化学生物学》。

生物在进化过程中形成适应外界营养环境变化的代谢系统及调控机制。如陆生动物进化出著名的鸟氨酸—尿素循环，用于处理食物中蛋白质分解代谢产生的大量氨，而细菌和植物缺乏这一代谢途径。蓝藻（或蓝细菌）是地球上最早出现的光合自养生物，在地球生物圈形成和发展过程中起关键作用，但它们适应环境变化的细胞代谢动态调节机制仍不清楚。

   杨琛等研究了蓝藻对外界氮源扰动的代谢响应，发现细胞内鸟氨酸和精氨酸之间存在活跃的代谢循环。进而发现该循环包含一步新的生化反应，即精氨酸双水解酶催化精氨酸水解生成鸟氨酸和氨。研究表明在氮源充足条件下，鸟氨酸—氨循环促使氮同化及存储以最大速率进行，而在氮源匮乏时，该循环使得细胞中的氮储存迅速分解，从而满足细胞的生长需要。因此，鸟氨酸—氨循环具有氮存储和活化的功能，对于蓝藻适应环境氮源缺乏和变化极其重要。与动物体内的鸟氨酸—尿素循环相比，鸟氨酸—氨循环更为古老，它的存在提示不同物种为适应其生存环境可能进化出各种鸟氨酸循环。