近日，植物學(xué)期刊Plant Physiology (TOP)刊發(fā)了中科院海洋所藻類分子生理與發(fā)育調(diào)控研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于海洋硅藻適應(yīng)波動(dòng)光環(huán)境分子機(jī)制方面的最新研究成果。這是該團(tuán)隊(duì)在the Plant Journal (TOP)發(fā)表海洋硅藻適應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境機(jī)制的研究論文后，在硅藻適應(yīng)波動(dòng)光環(huán)境領(lǐng)域取得的又一重要進(jìn)展。
眾所周知，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)培養(yǎng)海藻主要以恒定光照條件為主，然而野外環(huán)境下光環(huán)境并不是恒定的而是以波動(dòng)光為主，這導(dǎo)致室內(nèi)培養(yǎng)與野外條件下的生長(zhǎng)顯著不同，其背后的分子機(jī)制仍知之甚少。海洋硅藻對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力極強(qiáng)，可以在海洋上升流和湍流等環(huán)境中占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)。這些環(huán)境不穩(wěn)定，其中光強(qiáng)變動(dòng)劇烈，硅藻需要對(duì)不斷變化的光環(huán)境作出快速響應(yīng)，以維持生長(zhǎng)。該團(tuán)隊(duì)基于基因編輯、多組學(xué)以及13C代謝流分析，綜合運(yùn)用生物信息學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)和生理學(xué)等方法，從不同層面上揭示海洋硅藻響應(yīng)波動(dòng)光的分子機(jī)制。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)相比于甲藻，海洋硅藻可以穩(wěn)定高效地利用動(dòng)態(tài)光。海洋硅藻光合膜上的質(zhì)子梯度蛋白（PGRL1和PGR5）對(duì)波動(dòng)光的波動(dòng)幅度極其敏感性（這一特征明顯不同于陸地植物和淡水藻類），在硅藻適應(yīng)動(dòng)態(tài)光環(huán)境過(guò)程中起重要調(diào)節(jié)作用。其中PGRL1過(guò)度積累會(huì)抑制動(dòng)態(tài)光下的光系統(tǒng)II的效率， 這一重要發(fā)現(xiàn)改變PGRL1 僅圍繞光系統(tǒng) I起高光保護(hù)作用的認(rèn)知。研究還發(fā)現(xiàn)，海洋硅藻在高強(qiáng)度動(dòng)態(tài)光下，碳固定能力增強(qiáng)和脂質(zhì)積累升高。以上研究結(jié)果不僅有助于我們?nèi)嬲J(rèn)識(shí)海洋硅藻的生物學(xué)特性，還為經(jīng)濟(jì)海藻的高光效育種和油脂產(chǎn)量的提高提供新思路。
海洋硅藻適應(yīng)動(dòng)態(tài)光環(huán)境的分子機(jī)制
論文第一作者為周璐博士和高山副研究員。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家藻類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中科院大科學(xué)中心重點(diǎn)部署項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室優(yōu)秀青年基金的共同資助。
相關(guān)研究成果：
Zhou Lu#, Gao Shan#, Yang Wenting, Wu Songcui, Huan Li, Xie Xiujun, Wang Xulei, Lin Senjie*, Wang Guangce*. Transcriptomic and metabolic signatures of diatom plasticity to light fluctuations. Plant Physiology. 2022. DOI:10.1093/plphys/kiac455.
https://doi.org/10.1093/plphys/kiac455
Zhou Lu#, Gao Shan#, Wu Songcui, Han Danxiang, Wang Hui, Gu Wenhui, Hu Qiang, Wang Jing, Wang Guangce*. PGRL1 overexpression in Phaeodactylum tricornutum inhibits growth and reduces apparent PSII activity. The Plant Journal, 2020, 103, 1850–1857
