漂浮浒苔对海水表层逆境应答中ROS的亚细胞定位及潜在调控作用研究

英文：.Long time long distance floating migration is the most typical characteristic of Ulva prolifera green tide. Several stress-resistant physiological mechanisms exist in floating U.prolifera, e.g., cyclic electron flow (CEF) around photosystem I and effective antioxidant protection have drawn some persuasive conclusions. While these existing conclusions or inferences need further study. ROS generate in highly active oxygen metabolism or electron transfer flow subcellular compartments, furthermore redox reaction (RBOHs process, AsA-GSH cycle) and photosystem (CEF, electron flow redistribution, carbon assimilation process) concern to ROS generation have the same electron donor (NADPH). Thus we hypothesize that the generation of ROS of floating U.prolifero in response to stress, maintain the redox stability and regulate the effective photosystem operation by electron transfer, and this mechanism contribute to adaption to the long time long distance floating migration. In order to demonstrate this hypothesis three contents would be studied in this project: (1) Determining the subcellular localization of ROS; (2) Summarizing function characteristics of ROS generation to redox stability and photosystem effective operation; (3) Elucidating potential mechanism of ROS generation to maintain the redox stability and regulate the effective photosystem operation. The implementation of the project would provide theoretical support to the adaption strategy of floating U.prolifero, and provide the basis for further research on the signal molecules ROS and its signaling cascade.

长时间长距离漂浮迁移是浒苔绿潮最典型的特征。诸如环式电子传递、抗氧化保护这些生理适应特征较系统地诠释了漂浮浒苔在这一过程中的环境适应策略。已有研究的深度分析发现：ROS是由具有氧代谢活性或传递电子流的亚细胞区室产生，而且浒苔氧化还原反应（RBOHs途径、AsA-GSH循环）、光合系统（环式电子传递、电子流再分配、碳同化过程）都以ROS的产生与清除为枢纽涉及到了共同的电子供体（NADPH）。围绕ROS的枢纽作用是如何发挥的这一科学问题，本项目拟以浒苔对海水表层逆境应答中ROS的产生与效应为研究主线，首先对产生的ROS进行精确的亚细胞定位，然后以电子传递为切入点联系浒苔两大生命过程（光合作用和氧化还原反应）精细刻画ROS的双重作用，剖析其对藻体氧化还原状态稳定的作用和对光合作用的潜在调控机制，为深入发掘漂浮浒苔的环境适应机制提供理论支持，为更加深入研究ROS的信号分子作用提供理论和技术基础。

浒苔绿潮是一种典型的跨区域海洋生态灾害，长时间长距离漂浮迁移是浒苔绿潮最典型的特征。诸如环式电子传递、抗氧化保护这些生理适应特征较系统地诠释了漂浮浒苔在这一过程中的环境适应策略。活性氧（ROS）是由具有氧代谢活性或传递电子流的亚细胞区室产生，而且浒苔氧化还原反应、光合系统都以ROS的产生与清除为枢纽。围绕ROS的枢纽作用是如何发挥的这一科学问题，本项目以浒苔对海水表层逆境应答中ROS的产生与效应为研究主线进行了如下研究：（1）现场调查基础上构建并完善了实验室模拟体系；（2）通过现场、现场围隔、实验室模拟相结合的技术手段，理清了浒苔光合系统、抗氧化系统及关键蛋白在海水表层逆境应答中的作用，从光能分配和能量代谢变化途径阐明了浒苔胁迫-响应的适应保护策略，发现抗氧化系统与NPQ协同作用提高了漂浮浒苔的自我修复能力；（3）综合分析了浒苔藻体光合系统、抗氧化系统各指标参数对海水表层的逆境应答特征，发现浒苔光合系统中环式电子传递与抗氧化系统之间的协同作用在浒苔藻体环境适应过程中发挥重要作用，漂浮浒苔以ROS的产生与清除为枢纽联系了藻体氧化还原反应（AsA-GSH循环对ROS的清除）与光合系统（环式电子传递、电子流分配过程）；（4）解析了漂浮浒苔高光胁迫条件下ROS产生的主要途径和亚细胞定位，首先以叶绿体产生H2O2为主，后与Ca2+共同发挥信号分子作用，通过NADPH改变电子流的分配进而调整藻体氧化还原状态和调控光合作用能量分配。以上科学发现为深入发掘漂浮浒苔的环境适应机制提供理论支持，尤其是特化亚细胞区室产生ROS调控作用的解析为更加深入研究ROS的信号分子作用提供理论和技术基础，对全面、系统了解生命过程具有重要意义。项目执行期间，已在Frontiers in Plant Science、Chemosphere等权威杂志发表学术论文11篇，申请并授权发明专利2项，参编专著1部。