海洋所研究詮釋雨生紅球藻不動(dòng)細(xì)胞快速萌動(dòng)分裂調(diào)控機(jī)制
近日,海洋所藻類與藻類生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)在雨生紅球藻不動(dòng)細(xì)胞快速萌動(dòng)分裂調(diào)控研究中取得新進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)該藻通過(guò)線粒體交替氧化酶(AOX)途徑加快能量代謝,拉動(dòng)物質(zhì)代謝流快速運(yùn)轉(zhuǎn),從而提高不動(dòng)細(xì)胞快速萌動(dòng)分裂的新機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際TOP學(xué)術(shù)期刊Bioresource Technology。
紅球藻作為生產(chǎn)天然蝦青素的最佳生物來(lái)源而備受關(guān)注,以往研究多關(guān)注游動(dòng)細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)椴粍?dòng)細(xì)胞并大量積累蝦青素過(guò)程及其調(diào)控機(jī)制,鮮有對(duì)其細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖機(jī)制的深入探討。海洋所藻類生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)從不動(dòng)細(xì)胞可快速萌動(dòng)分裂釋放多個(gè)游動(dòng)細(xì)胞的現(xiàn)象入手研究,發(fā)現(xiàn)線粒體AOX途徑活性在該過(guò)程發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用。
在紅球藻萌動(dòng)分裂過(guò)程中,伴隨著紅色不動(dòng)細(xì)胞內(nèi)積累的碳水化合物和油滴分解,大量還原能NAD(P)H和FADH2產(chǎn)生。AOX在維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)——NAD(P)+/NAD(P)H和GSSG/GSH中發(fā)揮重要平衡作用。偶聯(lián)跨膜質(zhì)子梯度的細(xì)胞色素(COX)途徑可維持基本能量ATP產(chǎn)銷平衡,而非磷酸化的AOX活性增加可快速消耗還原能,有效拉動(dòng)呼吸代謝途徑的快速運(yùn)轉(zhuǎn),為細(xì)胞氨基酸、蛋白質(zhì)和核苷酸合成提供更多的碳骨架底物。AOX途徑的上調(diào)可抑制脫落酸合成與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,從而促進(jìn)激活系列代謝活動(dòng)。AOX至少還額外提供部分ATP,滿足萌動(dòng)分裂過(guò)程的能量消耗;同時(shí),伴隨AOX上調(diào)產(chǎn)生的大量熱量可有效提高胞內(nèi)溫度,更有利于各種酶活性的增加,進(jìn)一步加快系列代謝途徑的高效運(yùn)轉(zhuǎn),有利于細(xì)胞分裂。

交替氧化酶促進(jìn)紅球藻萌動(dòng)分裂機(jī)制
本研究與團(tuán)隊(duì)2022發(fā)表在《Bioresource Technology》的另一篇論文“A strategy for promoting carbon flux into fatty acid and astaxanthin biosynthesis by inhibiting the alternative oxidase respiratory pathway in Haematococcus pluvialis”一起,可為紅球藻資源開(kāi)發(fā)研究開(kāi)辟新視角,有望為產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供新原理、技術(shù)和開(kāi)發(fā)模式。
實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士生李菁為論文第一作者,劉建國(guó)研究員為論文通訊作者,張立濤副研究員等參與了相關(guān)工作。研究得到了中國(guó)科學(xué)院B類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
論文鏈接:
Jing Li, Litao Zhang, Wenjie Yu, Mengjie Zhang, Feng Chen, Jianguo Liu*, Mitochondrial alternative oxidase pathway accelerates non-motile cell germination by enhancing respiratory carbon metabolism and maintaining redox poise in Haematococcus pluvialis, Bioresource Technology, 2024, 402: 130729.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130729
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