7、蓝藻生物钟研究：从挑战传统到揭示本质

蓝藻生物钟研究：从挑战传统到揭示本质

1. 研究初期的意外发现

在对蓝藻生物钟的研究中，有诸多意外发现挑战了传统的转录 - 翻译反馈环（TTFL）模型。首先，三个Kai蛋白之间存在明显的相互作用，但Hideo Iwasaki在酵母中的双杂交实验显示，Kai蛋白与其他蓝藻蛋白之间几乎没有明显的相互作用，不过SasA是个例外。SasA是一种组氨酸激酶，其缺陷几乎会消除生物钟节律，但Susan的实验室在不同条件下发现了微弱的节律。两个实验室联合报告了这一结果，而且SasA基因敲除使Kai蛋白转录速率严重降低时，生物钟周期却未改变，这对TTFL模型提出了质疑。

此外，果蝇和哺乳动物生物钟研究中发现了许多相关基因，这也引发了关于蓝藻中是否存在24小时TTFL的疑问。同时，实验室还发现了关于kaiBC操纵子表达调控的意外事实：只要仔细调控表达水平，即使kaiBC在大肠杆菌异源启动子的控制下表达，也能维持完美的节律。

2. 关键研究突破

2003年，研究生Yohko Kitayama撰写的论文为后续研究奠定了基础。该论文从生物化学角度定量研究了Kai蛋白的细胞内运动和KaiC磷酸化，成为后续分析的基石。而直接引发研究方向转变的是Jun Tomita的分析。

Tomita对生物钟节律的同步机制感兴趣，由于蓝藻生物钟可通过12小时黑暗期同步，他研究了黑暗期KaiC蛋白的数量和磷酸化波动。实验所用的聚球藻是绝对光能自养型生物，在黑暗期基因表达迅速降至零。Tomita已知KaiC磷酸化呈现节律，便在黑暗中进行研究，并将黑暗期延长至72小时。结果发现，在72小时的黑暗中，KaiC蛋白的量保持恒定，既不合成也不降解，即使代谢活动完全丧失，KaiC分子仍在细胞内维