丝状蓝细菌Anabaena sp. PCC7120的特化细胞中，用于光合作用和固氮作用的金属分隔机制

《Communications Biology》：Compartmentalization of metals for photosynthesis and nitrogen fixation in specialized cells of the filamentous cyanobacterium Anabaena sp. PCC7120

　　

摘要

固氮蓝细菌，如Anabaena sp. PCC7120，属于最古老的多细胞生物之一。在可利用的氮源匮乏时，这种蓝细菌会将光合作用和固氮作用分别集中在营养细胞和特化的异形胞中进行。这两种类型的细胞都拥有特定的代谢过程和机制，这些过程需要不同的必需金属离子作为特定酶的辅因子。本研究利用单细胞同步辐射纳米X射线荧光成像技术，对Anabaena菌丝的营养细胞和异形胞中的金属含量进行了可视化、定位和定量分析。我们的数据表明，在缺氮条件下，铁（Fe）、镍（Ni）和铜（Cu）等金属的含量会增加，而且营养细胞与异形胞之间的金属浓度存在差异，这暗示其金属吸收是在内膜层面受到调控的。这些发现极大地推动了人们对蓝细菌单细胞水平上金属稳态机制的理解，展现了这两种Anabaena细胞以及菌丝连续质膜中必需微量元素的空间分布情况。同时，这也体现了金属稳态和细胞区室化在维持特殊细胞的光合作用（需氧）和固氮作用（微需氧）过程中的重要作用。