ggt基因缺失诱导蓝藻胞外分泌甘油葡萄糖苷的分子机制

Glucosylglycerol is a key compatible solute, moisturizer, sweetener and protein stabilizer. After knocking out the ggt gene cluster which codes a transporter protein functionalizing to take up glucosylglycerol from surrounding medium, unicellular cyanobacteria starts to evacuate glucosylglycerol inside the cells, which is one crucial step for increasing the production of glucosylglycerol although the mechanism is unclear. This research will focus on the molecular and cellular structural mechanisms of secreting glucosylglycerol of Synechocystis sp. PCC 6803. Combining membrane proteomics and super-resolution microscopy methods, we will analyze the expression of different proteins between the wild type strain and the mutant strain with ggt deletion, and explore the structural variation of cell membrane. This study aims to find the specific transporters or carrier proteins transporting glucosylglycerol outside of cell and discover the conformational changes of cell surface after ggt gene deletion, further reveal the secretory mechanism of intracellular glucosylglycerol. The results will provide theoretical support for the effective production of glucosylglycerol in cyanobacteria.

甘油葡萄糖苷是部分蓝藻在盐胁迫条件下合成的渗透平衡物，在蛋白药物稳定、高端化妆品及食品饮料等方面有着广泛用途。项目组前期研究发现，在敲除了向胞内吸收甘油葡萄糖苷的ggt基因后，单细胞蓝藻开始向胞外大量释放甘油葡萄糖苷，为甘油葡萄糖苷的高产疏通了路径，但甘油葡萄糖苷向胞外转运的分子机制仍不明确。本项目将以集胞藻PCC6803为研究对象，聚焦于甘油葡萄糖苷向胞外运输的细胞分子机制，结合运用膜蛋白质组学和超高分辨率显微技术，比较研究集胞藻PCC6803野生株和ggt基因缺失变异株细胞膜蛋白表达及外膜结构的差异，鉴定向胞外转运甘油葡萄糖苷的特异性表达蛋白及基因，发现敲除ggt基因可能导致的膜结构异常，构建甘油葡萄糖苷向胞外转运的分子／结构生物学途径。其结果对提高蓝藻生产甘油葡萄糖苷，并向胞外输送甘油葡萄糖苷提供重要的理论支撑。

甘油葡萄糖苷是部分蓝藻在盐胁迫条件下合成的渗透平衡物，在蛋白药物稳定、高端化妆品及食品饮料等方面有着广泛用途。项目组研究发现，在敲除了向胞内吸收甘油葡萄糖苷的ggt基因后，单细胞蓝藻开始向胞外大量释放甘油葡萄糖苷，为甘油葡萄糖苷的高产疏通了路径，但甘油葡萄糖苷向胞外转运的分子机制仍不明确。本项目以集胞藻PCC6803为研究对象，结合运用膜蛋白质组学和超高分辨率显微技术，比较研究集胞藻PCC6803野生株和ggt基因缺失变异株蛋白表达及外膜结构的差异，鉴定向胞外转运甘油葡萄糖苷的特异性表达蛋白及基因，102个蛋白显著上调表达，70个蛋白显著下调表达，发现敲除ggt基因可能导致的膜结构异常，另外，在盐胁迫的过程中，发现氯化钾能够胁迫蓝藻生产甘油葡萄糖苷，并且向细胞外释放甘油葡萄糖苷，转录分析，KCl抑制了GgtABCD胞内转运系统，试图构建甘油葡萄糖苷向胞外转运的分子／结构生物学途径。该研究结果对提高蓝藻生产甘油葡萄糖苷，并向胞外输送甘油葡萄糖苷提供重要的理论支撑。