壇紫菜（Porphyra haitanensis）是中國(guó)具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值的海藻養(yǎng)殖特有種，年產(chǎn)量約占全國(guó)紫菜的75%以上，年產(chǎn)值達(dá)數(shù)十億元，主要分布于福建和浙江沿海，同分布于北方的條斑紫菜（P. yezoensis）一起已成為我國(guó)的主要人工栽培種，是我國(guó)沿海地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)作物之一。紫菜不同世代間的形態(tài)和生物學(xué)特征顯著不同，闡明其不同世代間的代謝機(jī)理，將為建立紫菜生產(chǎn)中的生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控技術(shù)體系提供理論依據(jù)。目前，我國(guó)紫菜業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)上具有相當(dāng)?shù)挠绊懥Γ@類核心技術(shù)的解決，不僅使我國(guó)在技術(shù)上領(lǐng)先，而且將為經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。
中科院海洋所王廣策研究員主持的國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)30830015）壇紫菜不同世代光合碳同化途徑的比較分析，立足壇紫菜生產(chǎn)過程中生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)控技術(shù)體系研究，目前取得重要進(jìn)展。
該項(xiàng)目系統(tǒng)分析其不同世代碳同化路徑的異同。對(duì)紫菜進(jìn)行高通量測(cè)序，獲得低覆蓋全基因組草圖；以此為參考數(shù)據(jù)，進(jìn)行紫菜小RNA測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組和表達(dá)譜分析，在條斑紫菜中獲得14條miRNA，在壇紫菜中獲得5條miRNA，其中只有1條miRNA兩種紫菜共有，兩種紫菜不同世代間分別只有1條miRNA共有，表明miRNA不僅有種間特異性，而且同種不同世代間也有很大差異，在紫菜世代轉(zhuǎn)化中起調(diào)控作用。其次，獲得了紫菜C4固碳路徑相關(guān)的所有重要基因，其中有些在大型海藻中首次發(fā)現(xiàn)，如丙酮酸磷酸雙激酶（PPDK）等。這些基因均已在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)，并以其重組蛋白制備抗體標(biāo)記膠體金，進(jìn)行細(xì)胞定位分析。由于一些基因表達(dá)的重組蛋白抗體膠體金標(biāo)記的效果不佳，研究人員制備了單抗，這些基因包括PPDK和不同類型的碳酸酐酶CA等。第三，以紫菜Calvin循環(huán)CO2固定的關(guān)鍵酶和限速酶Rubisco為對(duì)象，在轉(zhuǎn)錄、翻譯及酶活等水平上系統(tǒng)比較分析其在不同世代中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)單倍配子體世代中Rubisco的含量和活性均高于二倍孢子體，表明Rubisco在不同世代碳同化途徑中起重要作用。第四，對(duì)紫菜卡爾文循環(huán)的其它酶基因進(jìn)行了比較研究，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄、翻譯以及酶活水平上核酮糖磷酸激酶（PRK）也是單倍葉狀體高于二倍絲狀體，解釋了單倍配子體高Rubisco活性的底物RuBP的來源問題。同時(shí)，比較分析了Calvin循環(huán)的還原階段其它酶如3-磷酸甘油酸激酶（PGK）等酶的活性，闡明了配子體中大量積累3-PG利于紫菜配子體高生物量的積累。研究發(fā)現(xiàn)，紫菜配子體磷酸戊糖途徑氧化階段的酶G6PDH和6PGDH活性均高于孢子體，紫菜不同世代的光合碳同化途徑轉(zhuǎn)換的調(diào)控點(diǎn)在于其核心代謝路徑尤其是磷酸戊糖途徑活性的差異。第五，通過GC-MAS檢測(cè)紫菜不同世代中心碳代謝及其中間代謝物生成13C標(biāo)記氨基酸量的差異，發(fā)現(xiàn)由3-PG生成的Ser、Gly的標(biāo)記豐度與時(shí)間正相關(guān)，TCA代謝中間物生成的氨基酸如Glx，Thr，Pro等也與此類似，表明紫菜存在著C4途徑。以上結(jié)果說明，紫菜絲狀孢子體中確實(shí)存在PCK型C4固碳途徑。
本項(xiàng)目共發(fā)表SCI論文40篇，其中在藻類學(xué)權(quán)威雜志Journal of Phycology上發(fā)表7篇；培養(yǎng)博士研究生8名，碩士研究生18名。
