蓝藻Anabaena PCC 7120中DEAD-box RNA解旋酶CrhB通过调控细胞分裂、异形胞分化和核糖体修饰发挥多效性功能

本研究针对蓝藻Anabaena PCC 7120中DEAD-box RNA解旋酶的功能缺失问题，通过构建条件突变体CT-crhB，首次揭示CrhB通过调控HetF/PatU3通路维持细胞对称分裂，促进异形胞分化早期HetR表达，并负调控rimO介导的核糖体蛋白S12甲基硫修饰。该发现为原核生物RNA解旋酶的多元调控机制提供了新范式。

　　

在自然界最古老的光合生物蓝藻中，RNA代谢调控网络仍存在大量未解之谜。其中DEAD-box RNA解旋酶作为RNA二级结构的"分子剪刀"，在转录、翻译和RNA降解中扮演关键角色。然而在丝状蓝藻Anabaena PCC 7120中，两个同源解旋酶CrhB和CrhC的功能差异及其生理意义长期悬而未决。更引人深思的是，这类能同时固氮和光合作用的特殊微生物，如何协调细胞分裂与分化这类基础生命过程？其分子调控机制与经典模式生物有何异同？

中国科学院水生生物研究所的研究团队通过前沿的基因编辑技术，揭开了这个谜团。他们发现CrhC基因敲除对正常生长、低温适应和异形胞分化均无显著影响，而CrhB却展现出令人惊讶的多效性调控功能。这项发表在《Water Biology and Security》的研究，首次在细菌中发现必需型DEAD-box RNA解旋酶，并阐明其通过三条独立通路调控细胞生命活动的分子机制。

研究采用CRISPR/Cpf1系统构建铜/茶碱双诱导的CT-crhB条件突变体，结合免疫印迹、荧光标记和定量PCR等技术。通过HADA标记示踪细胞分裂位点，发现CrhB缺失导致68%细胞出现分裂面倾斜；利用异形胞特异性多糖染色和HetR转录分析，揭示其参与分化启动调控；借助核糖体修饰酶RimO过表达实验，证实翻译系统稳态依赖CrhB的精准调控。

细胞分裂调控方面，研究显示CrhB缺失导致HetF蛋白酶异常积累，进而降解细胞分裂调控因子PatU3。这种表型与patU3突变体高度相似，而过表达HetF能完美重现分裂缺陷。值得注意的是，HetF积累并非转录水平变化所致，提示CrhB可能通过解旋hetF mRNA的5'UTR区域，促进小RNA NsiR1的调控作用。

在异形胞分化领域，CrhB-YFP融合蛋白追踪发现该蛋白在分化早期（6小时）即特异性富集于前体异形胞。此时正是分化关键调控因子HetR表达上调的关键窗口期。定量分析显示，CrhB缺失使氮胁迫24小时后hetR转录水平仅为野生型的57%，直接导致异形胞形成延迟。这种时空特异性表达模式暗示，CrhB可能是连接氮信号与分化程序的"分子开关"。

最令人意外的是核糖体修饰调控。研究发现CrhB与上游基因rimO共转录，但通过促进rimO mRNA降解维持其低表达。当CrhB缺失时，RimO蛋白的毒性积累会抑制细胞生长。这种调控关系在单细胞蓝藻Synechocystis中同样保守，说明这是蓝藻特有的翻译调控机制。值得注意的是，rimO基因无法被敲除，其修饰的核糖体蛋白S12第88位天冬氨酸甲基硫醇化，可能是蓝藻翻译系统的"安全阀"。

这项研究突破了人们对细菌RNA解旋酶功能的传统认知。CrhB作为首个被证实具有多效性调控功能的原核解旋酶，其通过调控HetF-PatU3通路维持分裂对称性，确保hetR适时表达启动分化程序，并精细控制核糖体修饰水平。这种"一酶多能"的特性，可能是蓝藻这类古老生物在进化中形成的精简而高效的调控策略。该发现不仅为理解原核生物RNA代谢网络提供新视角，也为合成生物学改造蓝藻底盘细胞提供了关键调控靶点。