蓝细菌集胞藻6803光系统Ⅱ(PSⅡ)的psbA基因家族编码对DNA的修复或者保护至关重要的D1蛋白质.doc

蓝细菌集胞藻6803光系统Ⅱ(PSⅡ)的psbA基因家族编码对DNA的修复或者保护至关重要的D1蛋白质.doc CURRENT SCIENCE, VOL. 100, NO. 1, 10 JANUARY 2011 蓝细菌集胞藻6803光系统?(PS?)的psbA基因家族编码对DNA的修复/保护至关重要 的D1蛋白质 摘要:野生型(WT)集胞藻6803从UV耐受型向UV敏感型的转变是来自于其从光呢个自养型向光能异养型的生长模式的转变所造成的。在光能自养的生长模式下菌株在光照状态和黑暗状态下也显示出不同的UV敏感性。在此，对UV敏感性转变的现象中，D1多肽所起的修复/保护活力的作用，我们提供了遗传学方面的证据。我们所使用的菌株可以进行光能自养与光能一样之间的转换，从而使我们从功能反面来对光系统?(PS?)复合体进行鉴定成为可能，而不是从光合作用的角度。我们所提到的D1突变体是从改变UV敏感性中筛选到的，这种突变体是异常的，并且与我们所已知的影响电子传递的功能或者影响PS?的装配是有所区别的。根据我们现有的认识，这是从基因组管理活力的角度涉及任何PSII的成分的首次报道。所观察到的这些现象指出了一个蓝藻应激管理的新的路径，并且，暗示着在高等植物体中也有此现象。 关键词:蓝细菌;D1蛋白质;DNA修复/保护;光系统?;UV敏感性转变 引言 在原核生物中，蓝藻是对UV具有高耐受性的，假设这是由于对太阳辐射应激的适应性所导致的，在其进化史上的主要阶段臭氧层空洞使太阳光的组成中有未滤过的高的UV成分，我们估计这至少需要2.3亿年。它们所占领的生态位覆盖着广阔的非生物以及生物应激范围。在高强度的太阳辐射下，UV光产生的应激是通过影响电子传递体系中的的光-氧化损伤以及影响基因组。维持这两种目标的功能状态的机制是复杂的，并且也是至关重要的，尤其是对于专性的光能自养型的蓝细菌，这是由于它们单独的依赖于有机碳的供给。黑暗环境下，在培养基中存在外源性的有机碳源的供给是，它们的生长会受到阻滞或者生长缓慢。面上，伴随着优先选择的生长模式的改变，在这些有机体中专性光能自养型的特征会发生改变，我们推测这是由于在光照条件下生长时通过对损伤的DNA 进行暗修复增加的它的最大存活率所引起的。 在蓝藻中所表现出的复杂的UV应激性也是在培养转型光能自养型蓝细菌时它生理条件具有广阔的光谱范围的显著表现，其中最为显著的是:(i) 在光照环境以及黑暗环境这种明显不同的生长状态的改变下，UV敏感性的水平是可逆的;(ii)UV敏感性是谁受到以下条件的影响，添加除草剂，DCMU 或者阿特拉津，这些物质会影响氧化还原水平，尤其是会影响到PSII反应中心的(RC)的 中心多肽D1，从而会阻碍质体醌Qb的氧化还原;(iii)高敏感性是伴随着通过氯霉素来阻止光照条件下蛋白质的合成产生的，但是这种情况在黑暗条件下不会发生;(iv)光能自养型培养条件下，对DCMU的抵抗力的显性效应会因为氯霉素从人阻滞蛋白质的合成;(v)UV敏感性与DNA的复制状态是无关的，并且(vi)在近厌氧的条件下会产生高的耐受性，通过延长光照条件下暴露在氩气下的时间。 已经有文献发表了对一个模型详细的处理来解释上述的蓝细菌对UVC的复杂的反应。简单的说，这个模型的假设是:(i)DNA以及功能性的PSII是独立的并且具有致命性的目标，并且(ii) PSII存在两种形式的UV敏感性取决于一种功能性的协同作用，即PSII中高的RC多肽D1与一种UV耐受性亚复合体的循环，在光照条件下呈动态平衡，在DNA损伤修复过程中两种形式的PSII复合体具有细胞决定性的存活率，通过延长黑暗条件按下的培养，这种存活率可以达到饱和状态。该模型完成了多种预测。这些预测主要包括:(i)在自养生长模式下，黑暗环境和光照环境的电子传递的改变，特殊的DNA修复体制不会影响UV敏感性;(ii)我们不能通过改变UV敏感性的获得与野生型菌株相对的突变体，可以使功能性PSII复合体中的一些成分的基因发生变异，这是参照改变UV敏感性，是通过测量菌落形成的致死效应的能力，而不会丧失光能自养的生长能力;(iii)在突变体中把功能性的PSII敲除，我们可以排除UV敏感性的能力，并且在黑暗环境以及光照条件下的细胞的存活曲线也是相同的，并且突变体至少有与WT相同的耐受性，或者比WT有更高的耐受性。最后的预测来自于模型中的假设，就是损伤UV敏感性的功能PSII会导致存活力的损失，即使损伤额DNA 得到了完全的修复，因此我们认为DNA与PSII时独立的致死目标。 为了检测(i)的预测，我们考虑了敲除原核生物中多种DNA修复系统中研究最完全的调节网络，类似于大肠杆菌中的SOS修复是由recA–lexA基因对控制的，我们假设这也存在于蓝藻中。如果光/暗敏感性的转换是由于特定的DNA修复体制，这在假设的蓝藻的SOS修复系统的保护下也会发生变化，敲除recA 或者lexA将会使调节UV敏感性的开关丧失能力。这个结果将会推翻模型的第一个假说。正如事先预测的，纯合的recA突变体具有高的UV敏感性，但是光/暗敏感性的开关并没有丧失作用。类似的，正如事先预测的，一种敲除uvrA的纯合的突变体在UV下可以存活，但是这很难保持光/暗敏感性开关的活力(附录 1)。这个结果与模型中事先预测的(i)结果一致。然而，我们依然不能排除一些位置水平的DNA修复体制对光/暗转换的敏感性存在的可能性。通过筛选的突变体 来检测预言(ii)，对突变体的筛选的是通过收集在改变的UV敏感性下的载体上突变的psbA2基因，然后把这些基因转移到psbA基因缺乏的集胞藻6803上，并且根据已经报道的方法来筛选进行光能自养型生长的转化株。我们获得了一些改变了psbA2等位基因序列的UV敏感性以及UV耐受性的营养突变体。这些突变体与我们早期研究的D1电子转移的功能机制在突变区间有所区别。在这一点上与(ii)所预测的结果一致。在这部分报道的实验中我们只展示了预测(iii)的第一部分与这些结果一致。接下来的第二部分是假设DNA和PSII是独立的UV致死靶目标，这与设计的检测预测的模型的实验结果是一致的。有趣的是，正如报道中所展示的，这些误差会导致产生一些意外的结论，这些结论都是psbA基因家族的产物是保护或者修复UV对基因组的损伤所必须的，即使他不是PSII的功能复合体部分。 本研究中使用的集胞藻6803是一种兼性光能自养生物，这种生物在光下可以利用外源性的葡萄糖，因此，在生长的过程中，可以通过PSII非必须的光合电子传递的功能进行碳固定。因此不需要阻断家暴躁6803在光下的生长也可以检测光合二氧化碳固定的钝化作用。这就使在缺乏PSII中心组分时检测菌株的UV敏感性成为可能，这些PSII的中心组分包括D1和CP47，主要通过缺陷分析以及构建psbA2等位基因突变体，构建这些突变体是通过改变UV敏感性。 材料与方法 菌株以及培养条件 集胞藻6803作为野生型菌株。ΔpsbA, ΔpsbB和D1:ctrl菌株由Julian Eaton-Rye (表1)惠赠。所有的菌株都是用BG11培养基进行培养的，使用的光照强度为~ 800 lux,温度为:33 ? C，存在适量的氯霉素15 μ g/ml、大观霉素25 μ g/ml、卡那霉素25 μ g/ml。 用一种固定强度的混合白光与钨丝灯来照射液体培养基以及固体培养基中生长的藻。进入到玻璃管道的空气先进行过滤处理，然后通入到液体培养基中。液体以及突变体菌株在含有15% 甘油的无菌的BG-11培养基中，然后保存于–80 ? C条件按下。液体培养基中含有10 mM TES/ NaOH, pH 8.2, 以及0.3%硫代硫酸钠，固体培养基中再加入1.5% (w/v)琼脂。向用于进行光能自养生长的两种形式的培养基中都加入葡萄糖(5 mM)。向光能异养条件下生长的，并且是PSII 缺陷型的突变体的培养基中加入阿特拉津(20 μ M)，这样可以确保阻断光合电子传递的功能。 UV敏感性以及光复活作用 将进野生型以及突变型的培养至对数期的藻，进行一系列的梯度稀释，每种稀释(100 μ l)产物取一部分在BG11平板上中进行扩大培养。去除平板的盖子，对 -2-1平板进行不同时间段的UV(254 nm, 注量率: 9.2 J ms)照射。所有的进行UV照射的平板都在室温(大约 22 ? C)，黑暗的环境条件下过夜处理，在黑暗环境下处理是为了避免光复活反应的发生。经过黑暗条件的培养之后，将平板转移到光照培养室知道可以见到明显的生长(~ 10–14 days)。进行光复活反应的实验，将平板立即转移到光照培养室内进行培养，在这个实验中在UV照射之后没有经过黑暗培养的阶段。为了从光下向黑暗条件下转移时藻对UVC的敏感性，将光下培养的藻种分为2组，将其中的一组用铝泊覆盖，对2组藻进行相同的处理(24h)。UV辐射以及UV辐射后的暗处理就按照上述方法。除了提到的其他的方面，我们还进行了生存能力的检测，主要是通过在UV辐射(UV敏感性或者黑暗UV敏感性)后黑暗条件下培养24h后进行菌落计数，立即计数是为了排除光复活作用带来的影响。 集胞藻phrA基因的克隆以及失活 对slr0854 (phrA)基因进行PCR扩增，使用的是Pwo DNA聚合酶(Roche Molecular Biochemicals)，该基因来自集胞藻6803的基因组DNA，使用的引物是P15 (5 ′ -GCCAGTTGCCAGAATCATCAGTGT-3 ′ ) 和P16 (5 ′ -GGAGTTCTACTCTTCGGCCTAGTG-3 ′ )。产生的目的片段直接进行克隆，克隆到pCR-ScriptTM Amp SK (+) 质粒(Stratagene)的EcoRV位点上，产生重组质粒pphrA。 在唯一的HpaI位点(起始密码子下游1355bp处)插入氯霉素抗性盒使pphrA 质粒上的phrA基因失活，从而产生质粒pphrAcam。从Tm9对氯霉素抗性盒(here after referred to as cam)进行PCR扩增，使用的引物是:P17 (5 ′ -TGA CGG AAG ATC ACT TCG CA-3 ′ )和P18 (5 ′ -CAC ACG GTC ACA TTG CTT CC-3 ′ )。cam 盒的插入位点通过使用向外的引物进行测序来进行证实， -AGC TGA ACG GTC TGG TTA TAG GTA-3 ′ ) 外向引物是: P30 (5 ′ 和P31 (5 ′ -GCT TCC ATG TCG GCA GAA TGC TTA-3 ′ ). 从培养至对数期后期的培养物中提取蓝藻的染色体DNA，提取的方法参照Porter23描述的方法。根据Sambrook et al.等的方法完成了改进因在大肠杆菌中的转化实验。 突变体衍生的phrA::cam转化以及筛选 pphrAcam质粒用于转化集胞藻6803的ΔpsbB菌株，转化的方法参照Minda 等的方法。在BG11平板上进行阳性转化子的筛选，BG11固体平板上就加入的氯霉素的量为7.5 μ g/ml，5mM葡萄糖，25 μ g/ml的大观霉素以及20 μ M的阿特拉津。克隆子大约在10–12 days左右会长出来。 改变UV敏感性筛选的psbA2的构建以及测序 图1 显示了任意D1突变体菌株的传代示意图。通过RCR进行随机诱变，使用的是GeneMorph随机突变试剂盒。反应体系如下，无菌双蒸水(DDW):37.5 ml，10 × mutazyme反应缓冲液:5 μ l，dNTP mix(10mM):4.0 ml，上下游引物各1.0 μ l (15 pmol)，DNA(10 pg–100 ng):1.0μ l，以及mutazymeDNA μ l。对于羟胺诱变作用，加入纯化的质粒DNA的样品，5倍体积的聚合酶:1 0.1 M磷酸盐缓冲液(pH 6.0)，该缓冲液中含有1 mM EDTA;4倍体积的1M盐酸羟胺(pH 6.0)，缓冲液中含有1 mM EDTA;将混合物体系定容到200μ l，加入3 μ g质粒DNA。将PCR管置于冰上45min，然后75? C培养30min。在培养过后，在2 ? C下，对混合物进行透析处理来广泛的抑制10 mM CaCl，然2后将DNA用于转化反应。 为了分离决定UV敏感性的电子传递功能的氨基酸残基，这些是对进行光能自养生长所必须的;对光能自养生长的D1随机突变体童年时进行屏蔽处理，以及在UV处理后在按存活率的改变。大约800个独立的转化子(kan-r),35个UV耐受性以49个UV敏感性的克隆子会发生同基因化，通过斑点实验进一步屏蔽用于UV敏感性实验。在这些克隆走中，挑选18个进行测序。结果显示其中的额7个氨基酸发生了置换，并且其中的两个发生的是相同的变化。因此，我们获得了一共6个单独的假定的D1突变体。除了其中的一个RKM115 (Leu341Pro) (表2),该突变体与D1:ctrl相比是UV敏感性。我们对这些突变体进行了进一步的光能自养型以及UV暗存活率的分析。有11个突变体发生了核苷酸置换。但是并没有发生氨基酸的改变，因此我们没有进行进一步的研究。 为了进行测序，用两种水解酶对PCR产物进行了处理，用虾碱性磷酸盐(SAP)和外切核酸酶I(Exo I)来去除PCR反应混合物中的多余的引物以及 dNTPs。主要是通过向5 μ l 的PCR 反应混合体系(~ 1.0 pmol DNA 分子)中加入1.0 μ l 的SAP (2 units/ μ l) 和1.0 μ l的 Exo I (10 units/ μ l)。将混合物完全混合，在37 ? C 条件下培养15 min。在80 ? C下处理15 min，使酶灭活。在ABI-Prism 377自动测序仪(PE Applied Biosystems)上进行自动荧光测序。 结论 我们用威廉斯棉(Williams)从培养物中对本实验研究中使用的野生株进行了筛选，作为葡萄糖耐受性的变异体，这些培养物都是在光下对葡萄糖具有敏感性的。虽然这类菌株可以利用葡萄糖，但是仍然需要光照进行生长，单这是与PSII的光合电子传递的功能相互独立的。然而，记录显示最初的集胞藻6803菌株是能够利用葡萄糖的。这种变异体的遗传学基础尚未知晓，但是由于代谢的失衡，仍然是具有可疑性。 UV辐射后立即进行24h的暗培养，并且我们进行了存活率的观察，然后再转移到光下进行菌落培养，作为暗存活率。按存活率的水平根据以上提到的UV敏感性或者暗-UV敏感性进行测量。在光能异养模式下生长时以葡萄糖作为碳源，野生株以及psbA和psbB缺陷型菌株(图2)废除了不同的UV敏感性。然而，在光能自养的生长模式下，表现出明显的UV敏感性。因此，我们推断，在先前的光照阶段PSII复合体在光依赖的电子传递功能中起作用时才会出现UV耐受性，并且不会失活。 我们已经确定了两种突变体的暗存活率，这两种突变体是ΔpsbA和ΔpsbB，这是为了检测PSII复合体或者它的组成成分是否是从光下转移到黑暗环境下产生UV耐受性所必须的，不包括电子转移。psbA和psbB分别编码PSII RC亚单位D1以及CP47。 的确，两种缺陷株在光暗转移的处理下UV敏感性的差别是不存在的;并且在光能自养的生长模式下，如果光合电子传递过程被阻断，缺陷株比野生株对UV更为敏感(图2)。突变株不会发生ΔpsbAcan的装配，即使只是部分的PSII复合体的装配都不会发生，因为D1蛋白质的D–E lumenal loop是反应中心组件产生的必要成分。然而，这些结果并不能排除其他的光合电子传递体系的组分的装配，不仅仅是转换过程中影响UV敏感性的功能性的PSII复合体本身。 单独的DNA是PSII缺陷株的致命性目标的遗传学证据 解释光暗UV敏感性的获得的模型是，假设DNA和PSII的UV作用的关键目标。该假设是以表现出来的不同的UV敏感性为基础的，而这种UV敏感性是归因于PSII水平的瞬态变化的动力学因素。因此，PSII缺陷株不会出现不同的UV敏感性，所以只有DNA会成为UV损伤的关键靶目标。我们引入一个phrA敲除基因来取代ΔpsbB突变株的野生等位基因，目的是为了检测在当第二关键靶目标PSII缺失时，DNA是否是损伤的唯一的关键靶目标。图3显示了双重缺陷株phrA::cam ΔpsbB是用于phrA插入突变体的纯合子。ΔpsbB菌株的 L/L 与L/D 之所以会存在差别是因为，光复活作用的损伤仅仅是DNA(图4)。单个ΔpsbB突变株(L/D curve)在UV辐射后的暗存活率与双重缺陷株在光复活条件下(L/L curve)的存活率几乎相同。双重缺陷株在高的UV流通量的情况下其存活率略微偏高，可能是由于光复活作用对DNA损伤的略微的修复作用，这是通过第二等位基因phrB的产物带来的影响。众所周知，光聚酶PhrA尤其是针对DNA损伤进行光复活作用的。因此，我们得出的结论是在UV辐射后延长暗培养的时间可以去除DNA损伤，通过ΔpsbB的暗修复系统进行修复;这就牵涉到DNA在此菌株中是唯一的UV损伤的关键靶目标。 多重psbA等位基因对暗UV敏感性的影响 两种缺陷株之间的暗存活率存在着微小差别，但是的在统计学上具有显著意义，这表明ΔpsbB缺陷株可能有助于保护菌株，防止UV诱导的损伤的发生，这是由于其存在所有psbA的等位基因，而这些等位基因在ΔpsbA菌株中是不存在的 (图 5)。假设CP47的缺失会导致psbA的表达降低，这样与野生株相比就会导致ΔpsbB菌株较低的UV抵抗力。因此我们测试了只存在其中的一种野生株的psbA等位基因时的影响相应，例如:psbA2，在添加阿特拉津是存在psbB的菌株的电子转移会发生钝化。据我们对psbA2等位基因的了解是其有助于增加D1的强度，其轻度超过ΔpsbA菌株。在D1:ctrl菌株中缺乏等位基因psbA1 和psbA3，但是含有功能性的psbA2野生型等位基因。该菌株能够进行光能自养型生长，并且在光阶段和暗阶段显示出UV敏感性的转换(数据未显示)。在光能异养的生长模式下，在野生株和缺乏所有3种等位基因的ΔpsbA菌株之间具有显著的UV敏感性的过度水平(图4)。在光照阶段和暗处理阶段菌株的UV敏感性是相同的。因此，其他菌株在异养的生长模式下，电子转移与UV敏感性的影响是不相关的。有意义的是，UV敏感性的多样性与psbA等位基因的复杂性 有关，这表明psbA是一个剂量效应的影响基因。 psbA2突变体的UV敏感性以及生长表现型 6种突变体含有8种氨基酸残基的变化。文献调查的结果是没有任何报道显示，随机菌株或者定点突变的菌株中我们所研究的氨基酸残基会产生这些置换，我们早期已经研究了这些残基在电子转移功能的产生或者是氧气的释放。 图6显示了突变体中UV敏感性发生变化是由于氨基酸的变化。表2显示了生长期的指数区的生长率。在菌株RKM113和RKM116中，不太可能把表现型的变化归因于一种或者双重缺陷，两种突变体具有不同的D1蛋白质的基序。在文献中，这些突变体没有任何一个被报道说明有光合电子传递的和功能特性的变化。然而，在我们过去的培养条件下，的确有可能是在一些突变体中UV敏感性的变化或者生长率的增加可能会间接影响电子传递功能的改变。然而，当我们将本研究中的突变体分离出来时，我们研究了其UV敏感性的变化，我们坚信这些是最初会对DNA修复/保护功能产生影响的因素。另一个表现型的变化可能会对DNA修复/保护缺陷株产生次级效应。 讨论 在水华微囊藻中，在光-暗阶段转换时UV敏感性的变化可以用半定量的形式来进行解释，通过假设DNA以及PSII都是独立的损伤关键目标。它的光能自养的专性特性是我们排除了设计实验来验证UV敏感性的转换现象在PSII的光合 电子传递功能中可以被降低，这种电子传递对生长是非常必要的。在本文中我们报道了兼性营养型的蓝藻—集胞藻6803的营养应变效果，在psbA和psbB基因缺失的菌株中，主要是从UV感受器中去除专性生长需要光感受器利用葡萄糖作为碳源，psbA和psbB基因能够分别编码PSII RC 组分D1 和CP47。与我们先前所预测的模型一致，野生型集胞藻6803在光暗转换下UV敏感性会在光能自养型的条件下发生，但是不会在光能一样的条件下发生(图2)。然而，令人惊奇的是，光能异养型的菌株比光能自养型的菌株的UV耐受性明显较低，这表明PSII在暗修复条件下起着至关重要的作用。这明显暗示这DNA和PSII并不是完全独立的UV损伤的关键靶目标，因为PSII另外的固定CO的功能可以去除UV2 敏感性，这是由于复合体的作用，该复合体就是我们假设的自养生长模式下的关键目标。值得关注的是ΔpsbA和ΔpsbB缺陷型突变体比野生型菌株对UV更为敏感(图2)。 在光能异养的生长模式下，PSII缺陷型突变体比野生型菌株对UV更为敏感，这中现象可以用一下两种假设来进行解释:(1) PSII的光合电子传递的功能最修复作用是至关重要的。(2)PSII复合体的一些组分或者它的亚单位含有D1和CP47，而D1和CP47是DNA保护/修复所必要的，这并不涉及光合电子传递的功能是固定CO所必须的。 2 从光下向黑暗条件转化时具有较高的耐受性机制很有可能是独立的电子传递功能，这是通过我们所观察到的一些现象所推断出来的:(i)在自养生长条件下，光照条件下，添加DCMU/阿特拉津可以提高UV耐受性。(ii)在黑暗条件下或者光照时存在DCMU/阿特拉津时，会阻断蓝藻的D1发生降解;也包括阻断一些稳定D1的叶绿体的降解。野生型的集胞藻6803转移到黑暗环境下时UV敏感性会降低。(iii)双重抑制实验中，在自养生长条件下如果阻断蛋白质的合成UV耐受性会急剧降低，但是可以通过添加DCMU使情况发生部分逆转。以上所观察到的现象都表明，在光照存在时，如果D1蛋白质的降解过程被阻断，就会产生UV耐受性，即使没有蛋白质的合成和光合电子传递的功能。因此上文提到的假设(1)可以排除。 假设(2)是基于我们对光能异养生长的推断，在光下以及暗适应细胞中部没有不同的UV敏感性，这是由于PSII不是损伤的关键靶目标，这与我们所预测的模型是一致的。在PSII缺陷型突变体中，DNA是唯一的关键靶目标。我们所观察的现象也支持了这一结论，我们所观察到的是在ΔpsbB菌株中敲除phrA基 因，当UV辐射解除后，黑暗环境下与光复活条件下UV敏感性有所差别(图4)。我们推测，在较高的UV流通量下,UV敏感性的微小的区别是由于第二种光聚酶基因phrB的表达，它可以编码隐花色素。因此，野生型菌株与PSII缺陷型居住的暗存活率的差别表明在PSII的暗修复过程中具有内部操作的作用或者它的组件含有D1和CP47。 我们在D1:ctrl菌株中检测了这种可能性，该菌株只含有唯一的一种等位基因psbA2。图5显示了D1 : ctrl菌株仅仅含有WT psbA2等位基因才具有UV敏感性的水平，含有所有3种等位基因(A1, A2和A3)的野生型菌株具有UV敏感性的过度，但是ΔpsbA没有。在异养生长模式下，当增加psbA等位基因的量时，暗UV耐受性会明显的增加，而在这种生长模式下光合电子传递以及氧气释放是可有可无的。与野生型菌株相比ΔpsbB具有更高的UV敏感性，尽管野生型菌株含有全部的psbA的3种等位基因，这表明在暗修复/保护细胞的DNA损伤时，CP47的决定性作用于D1蛋白质是相互独立的，或者是含有D1的PSII组成部件的组分。ΔpsbA和ΔpsbB两种缺陷菌株在UV存货特征上具有微小的但是显著的差别,这与假设(ii)的预测是一致，如果们假设，野生型菌株在光能异养的生长模式下，psbA基因的表达产物是保护和修复DNA损伤至关重要的(图3)。以上的解释也与研究蓝藻的PSII的组分的的表达产物的广大的文献资料是一致的，也与虾米那将要讨论的叶绿体一致。 大量的研究显示psbA等位基因复杂的调节模式，并且对环境刺激有一定的依赖性。虽然在蓝细菌和真核光合微生物(衣滴虫目和高等植物)中PSII复合体的反应中心多肽D1是高循环的蛋白，我们尚未知道在蓝藻中PSII的装配及稳定性是否是由显性基因的合成所控制的(CES)，但是在应激条件下大多数是受到讲解动力学的控制。在黑暗条件下或者在光激活的一样生长条件下培养的野生型集胞藻6803的psbA转录子，比光能自养型生长模式下的水平第低，并且PSII也是在黑暗环境条件下形成的。在ΔpsbA 突变体中会有CP43, CP47, D2以及细胞色素b559的合成，但是不会发生蛋白质的装配。我们所观察到的这邪恶现象表明在ΔpsbB 中D1蛋白或者RC组分含有转录子的组分，很可能是由于在没有光复活作用的条件下，其比ΔpsbA菌株有稍微较高的UV耐受性，这也表明了其在暗修复/保护过程中的显著的意义。我们提出的在光独立(暗)修复/保护DNA中D1的关键性作用与我们所观察到的现象是一致的，我们所观察到的现象是与自养生长模式相比，在黑暗条件下在集胞藻6803中维持着较高的psbA2 和psbA3等位基因水平并且具有较高的稳定性，在黑暗条件下psbA2的转录子会进一步变成熟。 在所有的含氧的光合依赖的卫生物体以及植物体中，D1蛋白质受到广泛的关注不仅仅是因为在光合作用过程中它是功能性PSII复合体的RC的关键多肽，还由于它的令人难以置信的较高的循环特征，这以现象也仅仅是在分子水平上的理解，作为一个我们研究一系列复杂应激管理机制的的假设的线索，并且我们推测会修饰与大肠杆菌的SOS调节类似的recA–lexA 体制，这增强了从光能自养向光能异养的转变，这也讲下调野生型菌株中光合相关的基因。很有可能在蓝细菌中，与DNA修复相关的PSII组分的下行调节可以通过诱导SOS类的修复体制而得到代偿，这种现象会出现在异养生长模式下。Domain等已经报道了在光能自养的生长模式下，UV辐射的条件下recA 和lexA基因会发生下行调节，并且我们因此得出的推断是在集胞藻6803中SOS体制不会操纵DNA的修复。两种控制DNA修复的不同的调节系统的调节开关取决于它的生长模式。PSII组分在自养生长模式下起着至关重要的作用，本研究的结果显示，并且在相对较低的光照强度下，我们假设SOS类的体制在异养生长模式下起主导作用，并且这种生长模式很可能会占优势，我们在叠石层的物种中发现了大量的这种物种。 在生态学和进化学意义上至少有一种以上的重要现象，这可能有助于解释我们在光下所发现的现象，D1蛋白质具有保护功能。绝大多数蓝藻噬藻体以及叶绿体基因组含有一种psbA等位基因。Lindell et al提出了，在感染的早期阶段，噬藻体很可能从它的相对的宿主系统中获得psbA基因，用以提高光合作用的效率。然而，考虑到我们的发现，我们提出了当宿主的基因组受到损伤时保护自身的优势是在发育的后期阶段，包括死藻体基因组的填入，可能这也是一种迫切的选择压力来维持自身的基因组免受氧化以及UV诱导的损伤，这会发生在宿主的修复系统因为噬藻体的生长裂解而逐渐丧失免疫力时。与此假说一致，在蓝藻质粒中sbA的等位基因，虽然有些质粒比噬藻体(还有一个宿主的拷贝)还大。在缺乏PSII复合体时，蓝藻的呼吸作用可以利用PSI复合体来还原质体醌来完成光合电子传递。因此，在此条件下的假设是合乎情理的，PSII复合体可能固定的管理这一些活力，这些活力与水氧化过程中的电子传递功能不想关，这也是本研究中报道的。我们图册，专性光合自养可以却倒psbA基因的高效表达，而在蓝藻进化的过程中以及高的太阳辐射下，psbA的表达对保护宿主以及噬藻体的基因组是必要的。