近日，植物學期刊Plant Physiology (TOP)刊發了中科院海洋所藻類分子生理與發育調控研究團隊關于海洋硅藻適應波動光環境分子機制方面的最新研究成果。這是該團隊在the Plant Journal (TOP)發表海洋硅藻適應動態環境機制的研究論文后，在硅藻適應波動光環境領域取得的又一重要進展。
眾所周知，在實驗室內培養海藻主要以恒定光照條件為主，然而野外環境下光環境并不是恒定的而是以波動光為主，這導致室內培養與野外條件下的生長顯著不同，其背后的分子機制仍知之甚少。海洋硅藻對環境的適應能力極強，可以在海洋上升流和湍流等環境中占據主導優勢。這些環境不穩定，其中光強變動劇烈，硅藻需要對不斷變化的光環境作出快速響應，以維持生長。該團隊基于基因編輯、多組學以及13C代謝流分析，綜合運用生物信息學、分子生物學、生物化學和生理學等方法，從不同層面上揭示海洋硅藻響應波動光的分子機制。
該團隊發現相比于甲藻，海洋硅藻可以穩定高效地利用動態光。海洋硅藻光合膜上的質子梯度蛋白（PGRL1和PGR5）對波動光的波動幅度極其敏感性（這一特征明顯不同于陸地植物和淡水藻類），在硅藻適應動態光環境過程中起重要調節作用。其中PGRL1過度積累會抑制動態光下的光系統II的效率， 這一重要發現改變PGRL1 僅圍繞光系統 I起高光保護作用的認知。研究還發現，海洋硅藻在高強度動態光下，碳固定能力增強和脂質積累升高。以上研究結果不僅有助于我們全面認識海洋硅藻的生物學特性，還為經濟海藻的高光效育種和油脂產量的提高提供新思路。
海洋硅藻適應動態光環境的分子機制
論文第一作者為周璐博士和高山副研究員。本研究得到了國家重點研發計劃、山東省重點研發計劃、國家藻類產業技術體系、中科院大科學中心重點部署項目和實驗海洋生物學重點實驗室優秀青年基金的共同資助。
相關研究成果：
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
