自然干出的条斑紫菜光系统抗逆响应分子机制

潮间带生长的条斑紫菜周期性地经历着干出和复水过程，揭示其体内必然存在某些保护性适应机制，有效避免了失水、强光等极端条件对其造成的损害。我们的研究结果表明，在绝对含水量降到71%时，藻体PSⅠ的活性明显增强，Fd-NADP氧化还原酶及pgr5转录水平升高，提示PSⅠ驱动的循环电子传递在紫菜干出，经受强光、失水胁迫时对光系统的保护起到了至关重要的作用。本项目将对不同胁迫因子处理的条斑紫菜样品转录组或表达谱信息、蛋白质组学结果进行综合分析，获得条斑紫菜对强光和失水逆境响应的关键酶或电子载体，通过实时荧光定量、Western-blot技术比较这些关键酶或电子载体在不同逆境胁迫下表达的差异，辅以特异性抑制剂对光合活性的影响，探索条斑紫菜光系统对干出逆境的响应机制。项目的完成，可发掘一定数量的光系统抗逆相关基因，为条斑紫菜的高产栽培和耐性品系培育提供指导。

紫菜是一种原始低等、进化地位特殊的多细胞藻类，定生于潮间带，周期性地经历着干出和复水过程，揭示其体内必然存在某些保护性适应机制，有效避免了失水、强光等极端环境对其造成的损害。紫菜也是我国最具经济价值的栽培海藻之一。因而，对其光合作用及光系统保护机制的研究有着重要的理论意义和实际应用价值。调制叶绿素荧光仪原位测定显示，盐度胁迫下，条斑紫菜光系统II的最大量子得率α降低，而饱和光强则随胁迫盐度的增加出现先显著升高再降低的趋势，说明盐度胁迫下藻胆体捕光色素系统或其与光反应中心的链接首先受到伤害；通过电子传递抑制剂，确定了条斑紫菜中至少存在三种环式电子传递路径，分别为抗霉素A敏感的Fd依赖型、鱼藤酮敏感的NDH复合体依赖型及由NAD(P)H:PQ受体氧化还原酶介导的环式电子传递，这三种通路在FNR介导下可相互转化；实时荧光定量、Western-blot结果均证明该关键酶随着盐度的增加呈现先降再升的趋势；线性电子传递被抑制后，光系统I的电子得率则随着盐度的增加而升高，6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶被抑制后，光系统I电子得率降低，说明盐度胁迫下，驱动光系统I的电子来源于基质的还原性物质；对盐度胁迫下样本中淀粉、可溶性糖含量、NADPH及相关酶活进行测定和分析，推测盐度胁迫下光系统I电子来源于磷酸戊糖途径；对不同盐度胁迫下的条斑紫菜过氧化氢、抗氧化分子含量及抗氧化酶活性进行了测定与分析，发现在中等程度盐度胁迫下，抗坏血酸和还原型谷胱甘肽含量先升高再降低，暗示这些抗氧化分子在细胞内氧化还原代谢的维系方面具有一定的调节作用；利用蛋白质组学的方法，在盐度胁迫的样本中鉴定出了一系列差异表达的蛋白；选取与脱落酸介导的抗逆代谢路径相关的关键蛋白基因进行了转录水平分析，发现具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活性的CBL蛋白转录水平随盐度增加先显著上升后显著下降，而蛋白含量在较高的盐度胁迫下显著增加，暗示CBL蛋白参与的代谢路径在条斑紫菜应对盐度胁迫时起重要作用；而黄素家族的氧代酸还原酶转录及翻译水平在盐度胁迫下均显著下调，暗示该蛋白通过反馈机制调控脱落酸介导的逆境响应代谢通路，具体机制正在深入研究中。项目的执行，可发掘一定数量的光系统抗逆相关基因，对于改善紫菜逆境条件下光合系统的活性，为条斑紫菜的高产栽培和耐性品系的培育提供指导，也为认识潮间带海藻光合作用调控的一般规律提供了资料。