研究發現藍藻代謝與環境適應新途徑

   中科院植物生理生態所楊琛研究組利用動態代謝流量組與代謝組分析技術發現一條新的代謝途徑，揭示了該途徑為藍藻適應環境所必需及其重要的進化及生態學意義。該成果近日在線發表于《自然—化學生物學》。

生物在進化過程中形成適應外界營養環境變化的代謝系統及調控機制。如陸生動物進化出著名的鳥氨酸—尿素循環，用于處理食物中蛋白質分解代謝產生的大量氨，而細菌和植物缺乏這一代謝途徑。藍藻（或藍細菌）是地球上最早出現的光合自養生物，在地球生物圈形成和發展過程中起關鍵作用，但它們適應環境變化的細胞代謝動態調節機制仍不清楚。

   楊琛等研究了藍藻對外界氮源擾動的代謝響應，發現細胞內鳥氨酸和精氨酸之間存在活躍的代謝循環。進而發現該循環包含一步新的生化反應，即精氨酸雙水解酶催化精氨酸水解生成鳥氨酸和氨。研究表明在氮源充足條件下，鳥氨酸—氨循環促使氮同化及存儲以最大速率進行，而在氮源匱乏時，該循環使得細胞中的氮儲存迅速分解，從而滿足細胞的生長需要。因此，鳥氨酸—氨循環具有氮存儲和活化的功能，對于藍藻適應環境氮源缺乏和變化極其重要。與動物體內的鳥氨酸—尿素循環相比，鳥氨酸—氨循環更為古老，它的存在提示不同物種為適應其生存環境可能進化出各種鳥氨酸循環。