近日，我院邱保胜教授课题组在荒漠蓝藻的耐干燥脱水研究方面取得重要进展，系列成果再次在《美国科学院院刊》发表（Xu HF, et al. 2025. Red-light signaling pathway activates desert cyanobacteria to prepare for desiccation tolerance. PNAS 122(12): e2502034122. https://doi.org/10.1073/pnas.2502034122）。
荒漠蓝藻作为荒漠生态系统的先锋拓殖生物，在荒漠化防治方面应用前景广阔。有趣的是，荒漠蓝藻极度耐受干燥脱水，它的营养细胞呈现出“干而不死”的典型生命特征。相比其他生态系统中的近缘物种，荒漠蓝藻在长期演化过程中形成了一系列独特的预测感知、信号转导和细胞响应机制，使其能够在恶劣的干旱环境下生存与繁衍。在荒漠生态系统中，非降雨型水分（如露水）的获取和散失遵循昼夜节律，荒漠蓝藻的生命活动也随之分为四个阶段：夜间吸收露水、黎明进行光合作用、清晨脱水干燥、白天进入生理休眠。然而，在干旱环境中，若等到水分完全散失后才采取应对措施，往往为时已晚。因此，荒漠蓝藻需要具备强大的“环境预测”能力，感知外界信号并预判未来趋势，以提前调整代谢状态，提升自身的抗逆生存能力。这种“未卜先知”的生存策略对于荒漠蓝藻至关重要，但其分子机制长期以来仍是未解之谜。
该研究发现，黎明时的红光可作为关键的“环境预警信号”，触发荒漠蓝藻为即将到来的干燥脱水提前做好准备。实验结果表明，在黎明红光刺激下，光合作用相关基因（如psbAs和ftsH2）显著上调表达，并受到转录因子NfSrr1的正向调控。同时，鉴定到红光感受器NfPixJ与NfSrr1形成信号模块，共同介导红光信号传导（图1）。进一步研究发现，NfPixJ-NfSrr1信号通路不仅调控光系统II的修复，还控制海藻糖和蔗糖等保护性兼容溶质的合成，帮助荒漠蓝藻细胞维持渗透平衡（图1）。这表明，红光作为一种全局性环境信号，在荒漠蓝藻耐干燥脱水中发挥核心调控作用。系统发育分析显示，该红光信号通路的存在与蓝藻适应干旱环境的能力密切相关，它可使蓝藻细胞在黎明时感受到红光信号，提前激活耐干燥脱水机制，为水分散失做好准备，确保在极端环境中更具生存优势。这一发现不仅为光诱导的胁迫耐受预适应机制提供了新的生物学视角，也拓展了我们对光合生物环境适应策略的认知，同时也为荒漠化治理以及光控生物技术提供了新的研究思路。
该研究得到国家自然科学基金重点项目、面上项目与湖北洪山实验室项目的资助。徐海锋副研究员为论文第一作者，实验室李任涵、白扬、左艾伟、赵蕾、崔树仁等研究生，以及戴国政教授、尚金龙博士、冯桂芳副研究员等参与了研究工作。同时，华中农业大学端木德强教授、以色列希伯来大学Aaron Kaplan教授亦对该研究作出了重要贡献。邱保胜教授为论文通讯作者，华中师范大学为论文的第一完成单位。
图1. 红光信号触发“预期保护反应”增强荒漠蓝藻的耐干燥脱水能力
文字来源：李韧
图片来源：邱保胜课题组
初审初校：邱保胜课题组
复审复校：万翠红
终审终校：邱保胜
