元素百科为您介绍中国科技大学揭示了蓝藻碳氮代谢平衡调节的新机制。中国科技大学微尺度物质科学国家研究中心、生命科学学院教授周丛照、陈宇兴研究小组与中国科学院水生生物研究所教授张成才研究小组合作，阐明了蓝藻整体转录因子NDHR通过结合不同的代谢小分子，快速响应环境变化，协调碳氮代谢的分子机制。研究结果是Coordinatin carbon and nitrogen metabolic signaling through the cyanobacterial global repressor 以NDHR为题，发表在PNAS上。
碳氮代谢是各种生物生存和生长所必需的，微生物通过精细调节碳氮代谢平衡来适应不同的生长环境。蓝藻是地球上一种古老的自养光合生物，其中一些能分化异形胞进行固氮作用，是研究碳氮代谢的模式生物。正常情况下，光合作用的关键酶1、5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶RubisCO可利用CO2产生3-磷酸甘油酸，进入三羧酸循环产生alpha-酮戊二酸(2)-OG），而2-OG可作为碳骨架和氮源进一步合成氨基酸等重要分子。当CO2缺乏时，RubisCO使用O2生成2-磷酸乙醇酸(2-PG）。因此，蓝藻中2-OG和2-PG的浓度为负相关，可作为碳氮平衡的指示剂。
研究人员利用X射线晶体分析了蓝藻碳代谢抑制子NDHR的三维结构，这是LysR家族第一个抑制子全长蛋白的结构。通过大量的生化筛选，发现2-OG和2-PG是NDHR的协同抑制子和诱导子。结合结构生物学、生物化学和微生物遗传学实验，蓝藻中氮浓度低时，2-OG浓度升高，NDHR与2-OG结合后，与DNA启动子区域的亲和力增强，从而抑制碳转移相关基因的转录，从而保持蓝藻中碳氮的平衡。当蓝藻中碳浓度较低时，2-PG浓度增加，NDHR结合2-PG后构象发生变化，释放启动子区域，缓解抑制子活性，大量表达碳转移相关基因，实现碳氮平衡。
本工作阐明了Lysr家族转录抑制子的新调节机制，揭示了蓝藻利用单个转录因子对代谢物的反应来维持体内碳氮代谢平衡的分子机制，加深了对微生物代谢平衡的理解。在中国科技大学生命科学学院教授张志勇的帮助下，分子动力学模拟部分的工作在上海光源收集晶体数据。
国家自然科学基金委重点项目、中国科学院战略先导科技项目、科技部项目资助研究工作。
