蓝藻聚糖合成新发现：GDP-L-岩藻糖合酶（FucS）缺失导致集胞藻PCC 6803中鼠李糖生物合成完全阻断

这篇研究揭示了集胞藻（Synechocystis sp. PCC 6803）中6-脱氧己糖（fucose和rhamnose）生物合成的复杂机制。通过基因敲除实验发现，GDP-L-岩藻糖合酶（FucS）的缺失不仅导致岩藻糖缺失，还意外阻断了鼠李糖（rhamnose）合成通路，而推定的鼠李糖合成酶（RfbC1/RfbC2）敲除却未影响鼠李糖产生。研究首次提出FucS在双糖通路中的核心作用，为蓝藻胞外多糖（EPS）的工业应用提供了关键靶点。

　　

ABSTRACT

蓝藻胞外多糖（EPS）因其高度多样化的单糖组成（含13种以上单糖）在生物技术和生物医学领域备受关注。研究以模式蓝藻集胞藻PCC 6803为对象，聚焦6-脱氧己糖（岩藻糖和鼠李糖）的生物合成通路。通过基因敲除实验发现，ΔfucS突变株不仅完全丧失EPS中的岩藻糖和鼠李糖，其生物量中也检测不到这两种糖，表明FucS是双糖合成的关键节点。而ΔrfbC1和ΔrfbC1ΔrfbC2突变株仍能正常合成鼠李糖，推翻了此前对RfbC功能的假设。

INTRODUCTION

蓝藻EPS由囊膜多糖（CPS）和释放多糖（RPS）组成，其疏水性常归因于岩藻糖和鼠李糖。这两种糖的活化形式分别为GDP-Fuc和dTDP-Rha，其合成通路在细菌中高度保守。但蓝藻中相关酶的功能注释多基于推测，尤其是鼠李糖合成途径中的dTDP-4-脱氧鼠李糖3,5-差向异构酶（RfbC）存在两个候选基因slr0985和slr1933，功能尚未验证。

RESULTS

基因缺失表型分析
ΔfucS表现出显著生长抑制（21天叶绿素a降低23%）、细胞聚集和S层缺失，电镜显示其S层蛋白可能因缺乏糖锚定而脱落。ΔrfbC1ΔrfbC2虽生长受损（叶绿素a降低32%），但RPS中鼠李糖含量与野生型相当（10.4% vs 9.3%）。

多糖生产重编程
ΔrfbC突变株出现EPS分泌模式转变：RPS产量减少27-35%，CPS增加14-22%。转录组分析揭示，rfbC1操纵子中的多糖转运基因kpsT（slr0982）和甲基转移酶基因slr1610显著上调，可能与EPS分泌异常相关。

代谢通路交叉调控
ΔfucS中鼠李糖合成完全阻断，但ΔrfbC突变株未受影响，暗示鼠李糖可能通过替代通路（如GDP-Rha）合成。值得注意的是，另一GDP-甘露糖4,6-脱水酶基因slr1072在所有突变株中上调（ΔrfbC1ΔrfbC2中7.3倍），可能参与补偿代谢流。

DISCUSSION

研究挑战了当前数据库对RfbC功能的注释，揭示FucS在双糖合成中的核心地位。ΔfucS中鼠李糖缺失的机制可能是GDP-4-酮基-6-脱氧-D-甘露糖积累抑制了RfbA活性，或是存在尚未发现的GDP-Rha合成通路。蓝藻EPS合成的复杂性远超预期，需重新解析其糖核苷酸代谢网络。

MATERIALS AND METHODS

实验采用基因敲除（同源重组结合抗生素筛选）、GC-FID单糖分析、gp17-GFP鼠李糖结合检测等技术。RT-qPCR以sll1395（rfbD）和sll1212（gmd）为内参基因，验证了slr1072等关键基因的表达变化。电镜样品通过锇酸-单宁酸双固定揭示细胞包膜超微结构。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献结论，专业术语如GDP-Fuc/dTDP-Rha等均保留原文格式）