藻华生物抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)应对强光胁迫的能量耗散机制研究

The Aureococcus anophagefferens is a picoplanktonic species, which could trigger brown tide (a kind of harmful algal blooms). Since 2009, large-scale brown tides have been occurred every year and made considerable deleterious effects on the scallop mariculture industry and the tourist industry in coastal waters of Qinhuangdao, China. Although A. anophagefferens is able to tolerate low light irradiance, the population could maintain competitiveness and induce HABs in the surface waters under strong light radiation. This indicated that the species possess the efficient mechanism of light capturing and dissipation of excessive energy. So far, researches on A. anophagefferens are mainly concentrated on the absorption and metabolism of nutrients, while few researches are done on how to dissipate excessive light energy. This project propose to study effects of high light stress on A. anophagefferens, a strain isolated from Qinhuangdao brown tide outbreak area. All possible light energy dissipation pathways should also be explored by funtional gene analysis. The results could explain the metabolism of A. anophagefferens in the process of energy dissipation, and discuss the evolutional characteristics of strong light adaptation and competitive advantages compared to other species. The project implementation could provide the theoretic base forlight adaptive mechanism of A. anophagefferens.

抑食金球藻是一种能使海水呈褐色的有害藻华（褐潮）种类。自 2009 年以来，我国秦皇岛海域连年发生大规模褐潮，使当地海产养殖和旅游业蒙受巨大损失。抑食金球藻是一种能够耐受弱光的藻类，但其种群在强光辐射的海水表层依然保持竞争优势并形成藻华，表明其存在高效的光能捕获及耗散机制。目前国内外对该有害藻的研究热点主要集中在营养吸收和代谢机制上，而对其在高光环境中耗散过剩光能的适应机制尚不明确。本项目拟以从褐潮发生海域分离培养的抑食金球藻为研究对象，通过高光胁迫实验，深入发掘抑食金球藻可能存在的多种光能耗散途径，并揭示光能耗散过程中藻细胞的代谢变化规律，探讨抑食金球藻强光适应方面的进化特点以及相较于其他藻类的竞争优势。本项目的实施不仅为抑食金球藻藻华形成的光适应机制研究提供理论依据，同时也可以为其他藻类光能耗散机制的研究起借鉴作用，为深入揭示褐潮的发生机制提供重要的研究支撑。

抑食金球藻是一种能使海水呈褐色的有害藻华（褐潮）种类。自 2009 年以来，我国秦皇岛海域连年发生大规模褐潮，使当地海产养殖和旅游业蒙受巨大损失。抑食金球藻是一种能够耐受弱光的藻类，但其种群在强光辐射的海水表层依然保持竞争优势并形成藻华，表明其存在高效的光能捕获及耗散机制。目前国内外对该有害藻的研究热点主要集中在营养吸收和代谢机制上，而对其在高光环境中耗散过剩光能的适应机制尚不明确。本项目从褐潮发生海域的浮游植物时空分布现象着手，基于生理生化以及转录组学研究手段，探讨了抑食金球藻响应高光环境的多种途径。研究结果可以为抑食金球藻藻华形成的光适应机制研究提供理论依据，同时也可以为其他藻类光能耗散机制的研究起借鉴作用，为深入揭示褐潮的发生机制提供重要的研究支撑。.主要研究结果如下：.1..在褐潮发生海域，抑食金球藻特有的表底层垂直分布现象尤为明显，体现出抑食金球藻对表底层光强变化的快速适应能力。.2. 通过对抑食金球藻在低光、中光和高光环境中的短期响应进行研究，发现抑食金球藻对高光环境的光合响应最为剧烈。在高光环境中，抑食金球藻能通过非光化学淬灭的方式耗散过剩的能量，同时降低能量的吸收效率和电子传递速率。.3. 抑食金球藻将硅甲藻循环作为应对高光的主要色素循环。除此之外，岩藻黄质及其衍生物的转化现象也在高光胁迫中被发现。.4. 抑食金球藻在短期的高光环境中，可以快速调整光合反应，通过多种途径耗散过剩能量，减少或避免自身损伤。.5. 基于转录组高通量测序结果，抑食金球藻在高光下光合作用中的光反应减弱，叶绿素合成通路受到抑制。.6. RT-qPCR结果中，光捕获蛋白（LHC）家族里，一些酸性氨基酸含量较高的编码蛋白基因如LHC27、LHC37、LHC42与LHC52在高光胁迫下上调表达显著，通过跨膜预测以及三次内共生理论推测可能是抑食金球藻耗散过剩光能的关键蛋白。