邱保勝課題組在休眠藍藻的復蘇機制研究方面取得新進展

華大在線訊（通訊員 李韌 朱瀟瀟）近日，我校生命科學學院邱保勝課題組在休眠藍藻光合復蘇機制研究方面取得新進展，相關論文“Red-light-dependent chlorophyll synthesis kindles photosynthetic recovery of chlorotic dormant cyanobacteria using a dark-operative enzyme”在國際生物學綜合期刊Current Biology上發表。

10月7日，Current Biology期刊邀請德國圖賓根大學Sofía Doello博士和Karl Forchhammer教授，撰寫評論文章“Microbial ecophysiology: Shedding light on the re-greening of chlorotic cyanobacteria”，亮點推介該成果。

休眠是生物適應極端環境的一種古老而普遍的生存策略，如：微生物孢子或植物種子的休眠、復蘇生物的生理休眠、動物冬眠。藍藻是地球上最古老的光合放氧生物，廣泛分布于地球上的各個角落，具有極強的環境適應性，在全球碳氮循環中發揮重要作用。由于生物的高效利用，自然水體中的氮等營養元素含量常常呈現出波動性變化，從而引起各種水生植物的時空演替。藍藻可在氮素營養缺乏的環境下，其營養細胞以黃化休眠的狀態長期存活。此時，藍藻葉綠素降解、類囊體膜片層消失、光合功能喪失。同時，胞內糖原累積、細胞密度增大、生理活動幾乎停滯，逐漸沉入水底，靜待氮素營養補充后的生理復蘇。這些休眠細胞可作為水體中藍藻演替的“種子庫”，猶如《格林童話》中的睡美人，因而被形象地稱作“微生物睡美人（Microbial Sleeping Beauty）”。

光合機構的“再造”是休眠藍藻細胞成功復蘇的關鍵過程，其中光合作用的生物發生與調控機制有許多未解之謎。該研究發現，在模擬淺水湖泊底部弱光條件下，缺氮休眠藍藻的復蘇效率具有光質偏好性，紅光是休眠藍藻成功復蘇所必需的。轉錄組分析發現，紅光能顯著促進非光依賴性原葉綠素酸酯還原酶（DPOR）的表達，敲除DPOR亞基ChlL后藍藻喪失弱紅光下的休眠復蘇能力，首次證明了DPOR在藍藻復蘇過程中的重要生物學功能。進一步通過轉錄因子篩選、轉錄因子與啟動子的結合及活性區域分析，證實轉錄因子RpaB在調控chlL基因的表達與決定藍藻成功復蘇過程中發揮關鍵調控作用。

DPOR起源于早期地球無氧環境，由類固氮酶演化而來，在藍藻和一些植物中與光依賴性原葉綠素內酯還原酶（LPOR）共同參與葉綠素的合成。LPOR則存在于所有有氧光合生物中，被公認為光合作用生物發生的早期開關。迄今為止，關于DPOR的生物學功能認識還很有限。本研究揭示了古老的DPOR對于藍藻光合復蘇過程中葉綠素的逐步積累十分關鍵，在弱紅光的誘導下，DPOR催化葉綠素的合成猶如光合復蘇的“星星之火”， 可以“燎原”細胞去黃化的光合作用復蘇之勢。該結果不僅為植物中DPOR的生物學功能提供了新的認識，也有助于我們更好地了解環境變化條件下光合機構的生物發生與調控機制。

該工作得到國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃項目與湖北洪山實驗室項目的資助。徐海鋒副研究員為論文第一作者，博士生于晨和白揚為共同第一作者，左艾偉、葉映彤、劉艷如等碩士研究生，以及已畢業博士研究生李政科等人均參與了該項研究，悉尼大學陳敏教授對該工作亦有重要貢獻。邱保勝教授和戴國政副教授為論文共同通訊作者，華中師范大學為論文的第一完成單位。

（審讀人：徐芬 萬翠紅）