海洋所在紅球藻不動(dòng)細(xì)胞休眠與萌動(dòng)分裂轉(zhuǎn)換機(jī)制上取得新進(jìn)展
近日,海洋所藻類與藻類生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)在詮釋氮調(diào)控雨生紅球藻不動(dòng)細(xì)胞休眠與萌動(dòng)分裂轉(zhuǎn)換機(jī)制研究上取得新進(jìn)展,成果發(fā)表在國(guó)際期刊Bioresource Technology上。研究為紅球藻資源開發(fā)提供了原理技術(shù),也為理解季節(jié)或周期性休眠與爆發(fā)的浮游真核微藻繁殖消長(zhǎng)規(guī)律以及赤潮形成機(jī)制提供了新思路。
雨生紅球藻是國(guó)際上商業(yè)化開發(fā)利用的重要單細(xì)胞綠藻,具有明顯的游動(dòng)細(xì)胞和不動(dòng)細(xì)胞相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程,并伴隨著蝦青素大量積累或細(xì)胞快速繁殖。以往研究多關(guān)注紅球藻不動(dòng)細(xì)胞形成和蝦青素積累,但對(duì)其細(xì)胞休眠與萌動(dòng)分裂之間轉(zhuǎn)換的代謝規(guī)律和調(diào)節(jié)適應(yīng)機(jī)制知之甚少。海洋所研究率先揭示了氮豐度調(diào)控紅球藻游動(dòng)和不動(dòng)細(xì)胞的休眠與萌動(dòng)分裂的相互轉(zhuǎn)化,具體程序過(guò)程如下(圖1):
當(dāng)環(huán)境氮源豐足時(shí),(1)細(xì)胞啟動(dòng)氮同化程序合成氨基酸,并成為拉動(dòng)呼吸代謝的引擎,快速消耗三羧酸循環(huán)所產(chǎn)生的α-酮戊二酸等碳骨架和還原力NADH/FADH?,從而強(qiáng)力拉動(dòng)了儲(chǔ)存的碳水化合物進(jìn)入呼吸分解代謝,形成"氮碳協(xié)同"的物質(zhì)能量流的轉(zhuǎn)換樞紐。(2)呼吸代謝產(chǎn)生的NADH/FADH?進(jìn)入電子傳遞鏈(ETC),氧化產(chǎn)能滿足氮同化能量需求,同時(shí)電子流也通過(guò)ETC導(dǎo)致ROS的產(chǎn)生;而ROS作為信號(hào)激活開關(guān),進(jìn)一步激活代謝并成為觸發(fā)萌動(dòng)分裂的信號(hào)。(3)充足的氮供應(yīng)保障嘌呤/嘧啶核苷酸合成的平衡,保證DNA的高效復(fù)制與細(xì)胞分裂的順利進(jìn)行。

氮豐度調(diào)控雨生紅球藻萌動(dòng)分裂-休眠轉(zhuǎn)換的機(jī)制圖
相反,在缺氮條件下,紅球藻嘧啶核苷酸代謝通路中的乳清酸、UMP和尿嘧啶含量顯著上升,而嘌呤代謝通路中的IMP、AMP、GMP、腺苷、脫氧腺苷和次黃嘌呤含量卻顯著下降,核苷酸限制聯(lián)合嘌呤/嘧啶的失衡共同限制了細(xì)胞分裂過(guò)程,導(dǎo)致細(xì)胞呈休眠狀態(tài);一旦氮源豐足,該限制解除并重新啟動(dòng)上述的氮激活細(xì)胞分裂的程序。
海洋所所實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生李菁為論文第一作者,劉建國(guó)研究員為通訊作者,張立濤副研究員和于文杰特別研究助理等參與了相關(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)和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
論文信息:
Jing Li, Litao Zhang, Wenjie Yu, Feng Chen, Anatoly A. Tsygankov, Jianguo Liu*, Transition between germination and dormancy for non-motile cells of Haematococcus pluvialis: dependence on nitrogen availability through metabolic flux of amino acids and nucleotides, Bioresource Technology, 2025, 434:132818.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132818
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號(hào) | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號(hào) 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號(hào) 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長(zhǎng)江東路8號(hào) |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
