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邱保胜课题组在蓝藻适应铁磷共同限制机理研究方面取得重要进展

日期:2024-05-27 作者:李韧 朱潇潇 点击量:

华大在线讯(通讯员 李韧 朱潇潇)近日,学术期刊Nature Communications发表了我校生科院邱保胜教授课题组关于蓝藻适应铁磷共同限制的分子机理研究进展,论文题目为“Phosphorus deficiency alleviates iron limitation inSynechocystiscyanobacteria through direct PhoB-mediated gene regulation”。

铁和磷是光合生物必需的两种营养元素,参与了光合作用、呼吸作用、ATP合成等一系列重要生理代谢过程。在自然环境中,铁和磷是限制浮游藻类生长和海洋初级生产力的关键因子,浮游藻类如何适应缺铁或者缺磷环境一直是学术界普遍关注的科学问题。在低纬度海洋的大片区域以及许多淡水生态系统中,浮游藻类的生长往往受到更为复杂的铁磷共同限制。由于这两种营养元素在碱性或钙质土壤中的生物利用性较低,导致铁磷共同限制的现象在陆地生态系统中可能也普遍存在。揭示蓝藻适应铁磷共同限制环境的分子机制,可为深入理解蓝藻在寡营养环境中广泛分布的内在机理提供理论基础。

图1. PhoB介导的蓝藻铁磷共同限制适应机制模型

邱保胜教授课题组长期致力于蓝藻的铁吸收及缺铁适应机制研究,近年来在相关研究领域取得了系列研究成果。2022年,课题组受邀在Trends in Microbiology发表了蓝藻铁吸收综述论文,系统评述了蓝藻在寡营养生境中高效吸收铁元素的内在机制。在此基础上,课题组以模式蓝藻集胞藻PCC 6803为研究材料,发现缺磷可以减轻铁限制对蓝藻生长的抑制作用。进一步分析表明,一个响应缺磷的转录调控因子PhoB在蓝藻适应铁磷共同限制过程中发挥全局性的调控作用。在缺磷条件下,PhoB通过调控活性氧清除基因sodB的上调表达以减轻胞内的氧化胁迫,通过诱导铁吸收基因slr1908的表达来促进对铁元素的吸收。此外,课题组还利用生物信息学分析方法,对PhoB的调控靶标进行了全基因组范围的解析,结合分子生物学实验的验证,证明PhoB还可以调节蓝藻趋化和毒素分泌等相关过程,为缺铁蓝藻提供群体水平的竞争优势。宏转录组数据分析表明,上述基因的表达丰度均在低磷环境中显著上升,并且相应启动子中均存在潜在的PhoB结合基序,暗示基于PhoB的铁磷共同限制适应机制在不同蓝藻类群中普遍存在。该研究为揭示蓝藻如何应对多种营养元素的共同限制提供了新的思路,为揭示全球变化背景下磷限制加剧对初级生产力的影响提供了新的视角。

该工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、中国博士后科学基金项目资助。课题组博士后邱国威为论文第一作者,博士生郑文灿为共同第一作者,杨濠明、汪毓莹、齐醒、黄炟、戴国政等人参与了该项研究,美国德克萨斯理工大学施华中教授和加拿大麦吉尔大学Neil M. Price教授对该工作有重要贡献。邱保胜教授为论文通讯作者,久产久精国九品网页版为论文的第一完成单位。

论文信息:https://www.nature.com/articles/s41467-024-48847-4

(审读人:徐芬 谢波)