邱保胜课题组在发菜逆境适应研究方面取得重要进展

来源:科研办作者:发稿时间:2019-01-15浏览次数:

华大在线讯(通讯员 龚思颖)近日,我校生命科学学院邱保胜教授课题组在发菜逆境适应研究方面取得重要进展,相关成果在线发表于国际微生物学领域的权威期刊《Environmental Microbiology》(Shang et al.2019, doi: 10.1111/1462‐2920.14521)。

蓝藻发菜是我国一级保护野生植物,主要分布于北部和西北部干旱、半干旱、荒漠和半荒漠等特殊生境,需要应对高强度紫外辐射与长期干旱脱水等多种逆境。邱保胜课题组先后采用第二代测序技术和第三代测序技术,对室内纯培养的发菜藻株(Nostoc flagelliforme CCNUN1)进行了全基因组测序,以探讨发菜适应各种逆境的遗传基础和分子机制。通过基因组组装和注释,发现发菜的基因组大小为10.23 Mb,含有10825个蛋白编码基因,是已报道的最大的蓝藻完整基因组之一。通过比较分析20株陆生与水生蓝藻的基因组,发现DNA复制、重组和修复相关基因对发菜基因组扩张的贡献最大。在光合机构的保护、单不饱和脂肪酸的合成、紫外辐射的响应,以及鸟氨酸代谢的特殊作用等方面,发菜获得了一些功能基因,从而能很好地适应各种逆境。野外采集的发菜可在干燥条件下保存数年,复水后数小时内就能恢复光合活性。邱保胜课题组同时研究了发菜复水过程中转录反应的时序表达模式,揭示了发菜适应复水生活的独特策略,其中包括PSI组装因子基因的组成型高表达,以及转录后调控机制参与光合作用的恢复。该研究将为蓝藻的登陆机制研究与荒漠土壤生态恢复策略的设计提供思路,为阐明光合机构快速恢复的调节与代谢机制提供重要线索。

围绕发菜的逆境适应,邱保胜课题组此前在该期刊发表了另一篇研究论文(Shang et al. 2018.Environmental Microbiology20: 200-213)。他们在发菜中新发现一种抗紫外次生代谢物,并阐明了其合成路径与合成调控机制。该成果将推动蓝藻UV-B光受体的研究,同时有望在防晒化妆品行业得到应用。

上述工作得到国家自然科学基金资助,由华中师范大学与悉尼大学、弗莱堡大学、中科院水生生物研究所、中科院武汉物理与数学研究所和复旦大学合作完成。华中师范大学为两篇论文的第一完成单位,尚金龙博士为第一作者,邱保胜教授为通讯作者。