新聞科研進展
近日，中國科學院水生生物研究所張承才研究員團隊在藍藻細胞生物學研究取得重要進展。相關研究成果以“A c-di-GMP binding effector controls cell size in a cyanobacterium（環狀雙鳥苷酸受體蛋白調控藍藻細胞尺寸）”為題，在線發表于PNAS上 (https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2221874120)。這是繼該團隊數月前在PNAS和PNAS Nexus發表關于細胞分裂和發育的協調機制（Xing et al., PNAS 119 :e e2207963119, 2022; Liu, Xing et al., PNAS Nexus 2: pgac307，2023）后的又一項重要成果。
藍藻（Cyanobacteria）是地球上古老的放氧光合生物，不同種屬的藍藻細胞尺寸和形態多樣，但同一種的藍藻細胞在這些特性上具有驚人的穩定性。基于藍藻在生物能源、制藥、生物合成等領域的巨大利用潛力，探索決定其細胞形態和尺寸穩態的內在機制，對采取合成生物學手段定制化構建具有應用前景的藍藻細胞意義重大（圖1）。
張承才研究員團隊長期致力于原核生物細胞形態形成相關的基礎生物學研究及藍藻生物技術及水華藍藻治理相關的合成生物學研究。該團隊利用藍藻，研究細胞的分裂、尺寸、分化、及其之間的關系，以期建立細胞形態發生的分子機制。
在前期研究中，該團隊發現細菌中的第二信使環狀雙鳥苷酸（c-di-GMP）作為信號分子在藍藻中參與細胞尺寸的調控（Microbiology Spectrum，2023，11 : e0422822）。但藍藻中c-di-GMP的受體未知，也不具備其它物種中已知的同源受體，這極大的限制了對c-di-GMP在藍藻中的功能的理解。該團隊攻堅克難、不斷突破，借助生物化學、分子遺傳學、結構生物學等多種研究手段，鑒定到藍藻中第一個c-di-GMP受體CdgR（c-di-GMP receptor），證明了c-di-GMP信號通過CdgR來調控藍藻細胞尺寸，揭示了CdgR結合c-di-GMP及其信號轉導機制，并鑒定了相關信號途徑。該途徑的某些突變能夠產生致死表型，表明其具有非常重要的生物功能。基于CdgR在藍藻中高度保守，該項工作將極大地推動在藍藻中對c-di-GMP信使的功能研究，包括光調控、生物膜形成、細胞遷移、藍藻水華爆發等重要生理現象的分子機制。
圖1 研究細胞形態/尺寸，可以為利用合成生物學手段制造定制型細胞，開發藍藻生物技術，奠定基礎
水生所曾曉麗副研究員和黃敏博士為該論文共同第一作者，曾曉麗副研究員和張承才研究員為共同通訊作者，團隊成員包括孫慶學、彭業軍、徐曉梅、湯運斌、張巨源、楊毅玲等。該研究得到了國家自然科學基金面上項目（32270063）和重大研究計劃 (92051106)，中國科學院青年創新促進會、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃（#YSBR-015）等的資助。