在自然界中，藍藻作為一類重要的光合自養微生物，在生態系統中扮演著關鍵角色。它們通過光合作用固定二氧化碳，對全球碳循環貢獻顯著。除了自養生長，某些藍藻如Synechocystis sp. PCC 6803還具有混合營養的能力，即在光照條件下同時利用二氧化碳和有機碳源（如葡萄糖）生長。這種營養模式的轉換及其主要碳儲存大分子——糖原的作用尚不清楚。2024年5月6日，New Phytologist雜志在線發表芬蘭圖爾庫大學與西班牙塞維利亞大學聯合署名標題為Glycogen synthesis prevents metabolic imbalance and disruption of photosynthetic electron transport from photosystem II during transition to photomixotrophy in Synechocystis sp. PCC 6803的研究論文。文章旨在探討糖原在光自養生長向光混合營養生長轉換過程中的生理和代謝作用，以及糖原合成對光合作用電子傳遞鏈的影響。
 

在本研究中，科研人員分析了添加葡萄糖對 Synechocystis sp. PCC 6803和缺乏磷酸葡萄糖轉氨酶和ADP-葡萄糖焦磷酸酶的突變體的生理、代謝和光合作用狀態的影響，這些突變體的糖原合成受到限制。

研究發現糖原起著代謝緩沖器的作用。在野生型(WT)中，添加葡萄糖會增加生長和糖原儲備，但在糖原合成突變體中，生長會停止。添加葡萄糖30分鐘后，糖原合成突變體中卡爾文-本森-巴薩姆循環和氧化磷酸戊糖分流的代謝物比 WT增加了三倍。這些變化極大地影響了糖原合成突變體的光合作用性能，因為氧氣進化和二氧化碳吸收都受到了影響。

基于上述研究得出以下結論，糖原合成在向光合作用轉變的過程中至關重要，可避免代謝失衡導致PSII電子傳遞受抑制，進而導致活性氧積累、PSII核心蛋白缺失和細胞死亡。本研究通過了解光合電子傳遞與新陳代謝之間的相互協調，為優化基于光互補的生物技術奠定了基礎。
 

在本研究中，葉綠素熒光及NADPH熒光測量由雙通道熒光儀DUAL-PAM-100組合NADPH/9-AA模塊完成；PC，P700，Fd的氧化還原變化通過四通道動態LED陣列近紅外光譜儀DUAL-KLAS-NIR完成。以下是部分研究結果。
 

葡萄糖會導致糖原代謝受損菌株的生長停滯、氧化應激和 PSII 水平降低，圖中顯示了補充 2 mM葡萄糖后WT集胞藻和糖原代謝缺陷菌株的表型表征。
 

控制葡萄糖引起的直接代謝變化需要糖原代謝，圖中顯示了添加葡萄糖后 WT、ΔPGM 和 ΔAGP Synechocystis 菌株上游代謝的變化。
 

控制葡萄糖引起的直接代謝變化需要糖原代謝，圖中顯示了添加葡萄糖后 WT、ΔPGM 和 ΔAGP Synechocystis 菌株下游代謝的變化。
 

分析補充葡萄糖對 WT、∆PGM 和 ∆AGP Synechocystis 菌株光合作用和PSII性能的影響。

Synechocystis 光能自養時和添加葡萄糖30分鐘后PETC中PSI氧化還原特性和電子流。
 

光營養不良和添加葡萄糖30分鐘后Synechocystis 細胞色素b₆f成分的氧化還原狀態變化

WT、∆PGM 和 ∆AGP Synechocystis 菌株在光自養和添加葡萄糖 30 分鐘后的 NAD(P)H 熒光。
 

糖原在聚胞藻中對光混合營養的代謝適應中的作用及其與光合作用的相互聯系。在光異養生長的細胞中，葡萄糖的攝取用于細胞代謝誘導代謝譜的變化，部分碳重新定位為糖原。這允許平穩過渡到光混合營養條件。然而，糖原代謝受損迫使葡萄糖攝取轉向中樞碳代謝，導致代謝在幾分鐘內溢出。這種不平衡會影響PSII供體側的電子轉移。光合作用受阻的合理原因包括代謝類似物在PSII內的碳酸氫鹽置換或誘導由PSII相關蛋白介導的次級調節機制。這種阻塞最終導致活性氧的產生增加，阻礙了生存能力。

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