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丝状蓝细菌（蓝藻）是地球上最早出现的多细胞生物之一。很多丝状蓝细菌，如鱼腥蓝细菌Anabaena/Nostoc PCC 7120 (Anabaena) 分化出可以利用氮气作为氮源的、执行固氮作用的特殊细胞，可以在培养基中缺乏化合态氮源的情况下，称为异形胞。两个异形胞之间一般间隔10个左右的营养细胞。营养细胞执行光合作用并由此利用二氧化碳作为碳源，以多细胞行为共同维持了菌丝的生长。一个多细胞的异形胞执行固氮作用。两类细胞在碳氮源上互通有无，Anabaena菌丝具有显著的有机整体的特征。异形胞失去分裂功能，菌丝生长依赖于营养细胞的分裂。 

那么，异形胞分化依赖于细胞分裂过程，有什么内在联系吗？星空体育彩票官网规则须知张承才研究员团队的早期工作已经证明，但遗传学机制尚不清楚。与此同时最近，细胞分裂和细胞（异形胞）分化，该团队在mBio 杂志 (Wei-Yue Xing, Jing Liu, Zi-Qian Wang, Ju-Yuan Zhang, Xiaoli Zeng, Yiling Yang and Cheng-Cai Zhang. 2021.HetF protein is a new divisome component in a filamentous and developmental cyanobacterium. mBio, 12:e0138221) 和Environmental Microbiology杂志 (Li Wang, Tian-Cai Niu, Ana Valladares, Gui-Ming Lin, Ju-Yuan Zhang, Antonia Herrero, Wenli Chen, Cheng-Cai Zhang. 2021. The developmental regulator PatD modulates assembly of the cell-division protein FtsZ in the cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120. Env. Microbiol. 23:4823-4837。同华中农业大学陈雯莉教授团队及西班牙Sevilla大学Antonia Herrero教授团队合作) 发表的研究成果，对这一问题的理解跨出了重要一步。 

FtsZ 是一种微管蛋白，可聚合形成细丝在细胞中间成环，启动细菌的细胞分裂并介导分裂板肽聚糖层伴随细胞分裂的重构。它们失去了细胞分裂能力且其中的异形胞是丝状蓝藻的末端分化细胞，ftsZ基因被下调。发表于mBio 杂志的研究成果显示异形胞发育因子HetF另一项发表于在某些环境条件下直接参与营养细胞的分裂，Environmental Microbiology的研究成果则显示异形胞发育因子PatD可通过影响分化细胞中FtsZ为异形胞分化研究开辟了一个新的视角。的活性来调控异形胞分化。这些研究揭示了细胞分裂和异形胞分化之间存在着联动机制， 

发表于mBio杂志的新研究发现，异形胞发育促进因子HetF不仅参与异形胞发育也在细胞分裂中发挥重要作用，但它对细胞分裂的影响是条件依赖型的。事实上hetF是异形胞分化所必需的一个基因，其表达模式与细胞分裂基因ftsZ即在营养细胞中稳定表达，相同，而在异形胞中下调表达。在需要hetF参与细胞分裂的培养条件下， hetF 突变体的细胞停止分裂，多个FtsZ 细胞分裂板的肽聚糖合成停滞环可平行存在于不分裂的长细胞中；同时， (Fig. 1)。HetF 是一种定位于细胞分裂板和细胞-细胞连接处的膜蛋白，通过与催化分裂板肽聚糖合成的FtsI 相互作用被招募到或稳定在细胞分裂位点。该研究首次提出HetF是Anabaena细胞分裂体 (divisome)在某些培养条件下直接参与细胞分裂板肽聚糖的合成。的一个组分， 

Fig. 1 FtsZ环形成和追踪肽聚糖合成的HADA标记。 (A) 野生型 (WT) 和ΔhetF中的 FtsZ 环形成。白色箭头表示不分裂长细胞中的 FtsZ-CFP 环。(B) HADA 标记显示的肽聚糖合成。白色箭头表示不分裂长细胞中的 HADA 标记。 ΔhetF::ftsZ-cfp 和ΔhetF的细胞分裂停滞表型是通过在正常光照强度(SL，30 μmol/(m²·s))下的 BG11 (NO₃^-) 中生长 2天诱导出来的。LL: 低光照强度，7 μmol/(m²·s)。比例尺，10 μm。(doi: 10.1128/mBio.01382-21.) 

发表于Environmental Microbiology杂志的新研究显示，在异形胞中上调表达的异形胞发育抑制因子patD的失活导致营养细胞的细胞中间有更粗的FtsZ 环形成、异形胞频率上升，而其超表达导致营养细胞中FtsZ无法聚合成环而引起细胞分裂停滞的表型，且异形胞频率降低。在体外沉降实验中，PatD与FtsZ形成了粗且直的FtsZ束，这不同于由FtsZ单独形成的环形聚合物 (Fig. 2)。这些结果表明，在分化细胞中，PatD可能通过干扰FtsZ的组装来影响异形胞分化。通过改变FtsZ的活性或相对量，可以模拟patD该研究提出缺失或超表达的表型。由此，Anabaena中的FtsZ 除了参与营养细胞分裂的传统观点之外，是一种双功能蛋白，也参入并调节异形胞分化。 

Fig. 2 PatD对FtsZ形成的聚合物形态的影响。通过TEM观察由纯化的FtsZ (5.6 μM) 与（右图）或不与 (左图) 纯化的 PatD (9 μM) 孵育形成的聚合物。 两张图片的放大倍数相同。因此(doi: 10.1111/1462-2920.15682.) 

相关研究得到了星空体育彩票官网规则须知前沿科学重点研究项目 (QYZDJ-SSW-SMC016)、基金委重大研究计划项目 (92051106)、基金委青年项目 (31800033) 和星空体育彩票官网规则须知战略重点研究项目 (XDPB18) 的资助。 

相关链接如下：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mBio.01382-21；  

https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.15682