海洋所壇紫菜不同世代光合碳同化途徑比較分析研究獲進展

　　壇紫菜(Porphyra haitanensis)是中國具有重要經濟價值的海藻養殖特有種，年產量約占全國紫菜的75%以上，年產值達數十億元，主要分布于福建和浙江沿海，同分布于北方的條斑紫菜(P. yezoensis)一起已成為我國的主要人工栽培種，是我國沿海地區的重要經濟作物之一。紫菜不同世代間的形態和生物學特征顯著不同，闡明其不同世代間的代謝機理，將為建立紫菜生產中的生長發育調控技術體系提供理論依據。目前，我國紫菜業在國際市場上具有相當的影響力，這類核心技術的解決，不僅使我國在技術上領先，而且將為經濟發展做出重要貢獻。

　　中科院海洋所王廣策研究員主持的國家自然科學基金重點項目(項目編號30830015)壇紫菜不同世代光合碳同化途徑的比較分析，立足壇紫菜生產過程中生長發育調控技術體系研究，目前取得重要進展。

　　該項目系統分析其不同世代碳同化路徑的異同。對紫菜進行高通量測序，獲得低覆蓋全基因組草圖;以此為參考數據，進行紫菜小RNA測序、轉錄組和表達譜分析，在條斑紫菜中獲得14條miRNA，在壇紫菜中獲得5條miRNA，其中只有1條miRNA兩種紫菜共有，兩種紫菜不同世代間分別只有1條miRNA共有，表明miRNA不僅有種間特異性，而且同種不同世代間也有很大差異，在紫菜世代轉化中起調控作用。其次，獲得了紫菜C4固碳路徑相關的所有重要基因，其中有些在大型海藻中首次發現，如丙酮酸磷酸雙激酶(PPDK)等。這些基因均已在大腸桿菌中進行表達，并以其重組蛋白制備抗體標記膠體金，進行細胞定位分析。由于一些基因表達的重組蛋白抗體膠體金標記的效果不佳，研究人員制備了單抗，這些基因包括PPDK和不同類型的碳酸酐酶CA等。第三，以紫菜Calvin循環CO2固定的關鍵酶和限速酶Rubisco為對象，在轉錄、翻譯及酶活等水平上系統比較分析其在不同世代中的表達，發現單倍配子體世代中Rubisco的含量和活性均高于二倍孢子體，表明Rubisco在不同世代碳同化途徑中起重要作用。第四，對紫菜卡爾文循環的其它酶基因進行了比較研究，發現在轉錄、翻譯以及酶活水平上核酮糖磷酸激酶(PRK)也是單倍葉狀體高于二倍絲狀體，解釋了單倍配子體高Rubisco活性的底物RuBP的來源問題。同時，比較分析了Calvin循環的還原階段其它酶如3-磷酸甘油酸激酶(PGK)等酶的活性，闡明了配子體中大量積累3-PG利于紫菜配子體高生物量的積累。研究發現，紫菜配子體磷酸戊糖途徑氧化階段的酶G6PDH和6PGDH活性均高于孢子體，紫菜不同世代的光合碳同化途徑轉換的調控點在于其核心代謝路徑尤其是磷酸戊糖途徑活性的差異。第五，通過GC-MAS檢測紫菜不同世代中心碳代謝及其中間代謝物生成13C標記氨基酸量的差異，發現由3-PG生成的Ser、Gly的標記豐度與時間正相關，TCA代謝中間物生成的氨基酸如Glx，Thr，Pro等也與此類似，表明紫菜存在著C4途徑。以上結果說明，紫菜絲狀孢子體中確實存在PCK型C4固碳途徑。

　　本項目共發表SCI論文40篇，其中在藻類學雜志Journal of Phycology上發表7篇;培養博士研究生8名，碩士研究生18名。

紫菜光系統的活性成像

壇紫菜絲狀體PEPCK基因的體外表達及其在紫菜生活史不同階段的表達分析