華大在線(xiàn)訊（通訊員 李韌 朱瀟瀟）近日，學(xué)術(shù)期刊Nature Communications發(fā)表了我校生科院邱保勝教授課題組關(guān)于藍(lán)藻適應(yīng)鐵磷共同限制的分子機(jī)理研究進(jìn)展,，論文題目為“Phosphorus deficiency alleviates iron limitation inSynechocystiscyanobacteria through direct PhoB-mediated gene regulation”,。

鐵和磷是光合生物必需的兩種營(yíng)養(yǎng)元素,，參與了光合作用,、呼吸作用、ATP合成等一系列重要生理代謝過(guò)程,。在自然環(huán)境中,，鐵和磷是限制浮游藻類(lèi)生長(zhǎng)和海洋初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子，浮游藻類(lèi)如何適應(yīng)缺鐵或者缺磷環(huán)境一直是學(xué)術(shù)界普遍關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題,。在低緯度海洋的大片區(qū)域以及許多淡水生態(tài)系統(tǒng)中,，浮游藻類(lèi)的生長(zhǎng)往往受到更為復(fù)雜的鐵磷共同限制。由于這兩種營(yíng)養(yǎng)元素在堿性或鈣質(zhì)土壤中的生物利用性較低,，導(dǎo)致鐵磷共同限制的現(xiàn)象在陸地生態(tài)系統(tǒng)中可能也普遍存在,。揭示藍(lán)藻適應(yīng)鐵磷共同限制環(huán)境的分子機(jī)制，可為深入理解藍(lán)藻在寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境中廣泛分布的內(nèi)在機(jī)理提供理論基礎(chǔ),。

圖1. PhoB介導(dǎo)的藍(lán)藻鐵磷共同限制適應(yīng)機(jī)制模型

邱保勝教授課題組長(zhǎng)期致力于藍(lán)藻的鐵吸收及缺鐵適應(yīng)機(jī)制研究,，近年來(lái)在相關(guān)研究領(lǐng)域取得了系列研究成果。2022年,，課題組受邀在Trends in Microbiology發(fā)表了藍(lán)藻鐵吸收綜述論文,，系統(tǒng)評(píng)述了藍(lán)藻在寡營(yíng)養(yǎng)生境中高效吸收鐵元素的內(nèi)在機(jī)制。在此基礎(chǔ)上,，課題組以模式藍(lán)藻集胞藻PCC 6803為研究材料,，發(fā)現(xiàn)缺磷可以減輕鐵限制對(duì)藍(lán)藻生長(zhǎng)的抑制作用。進(jìn)一步分析表明,，一個(gè)響應(yīng)缺磷的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子PhoB在藍(lán)藻適應(yīng)鐵磷共同限制過(guò)程中發(fā)揮全局性的調(diào)控作用,。在缺磷條件下，PhoB通過(guò)調(diào)控活性氧清除基因sodB的上調(diào)表達(dá)以減輕胞內(nèi)的氧化脅迫,，通過(guò)誘導(dǎo)鐵吸收基因slr1908的表達(dá)來(lái)促進(jìn)對(duì)鐵元素的吸收,。此外，課題組還利用生物信息學(xué)分析方法,，對(duì)PhoB的調(diào)控靶標(biāo)進(jìn)行了全基因組范圍的解析,，結(jié)合分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證,，證明PhoB還可以調(diào)節(jié)藍(lán)藻趨化和毒素分泌等相關(guān)過(guò)程，為缺鐵藍(lán)藻提供群體水平的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析表明,，上述基因的表達(dá)豐度均在低磷環(huán)境中顯著上升，并且相應(yīng)啟動(dòng)子中均存在潛在的PhoB結(jié)合基序,，暗示基于PhoB的鐵磷共同限制適應(yīng)機(jī)制在不同藍(lán)藻類(lèi)群中普遍存在,。該研究為揭示藍(lán)藻如何應(yīng)對(duì)多種營(yíng)養(yǎng)元素的共同限制提供了新的思路，為揭示全球變化背景下磷限制加劇對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的影響提供了新的視角,。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目資助,。課題組博士后邱國(guó)威為論文第一作者,，博士生鄭文燦為共同第一作者，楊濠明,、汪毓瑩,、齊醒、黃炟,、戴國(guó)政等人參與了該項(xiàng)研究，美國(guó)德克薩斯理工大學(xué)施華中教授和加拿大麥吉爾大學(xué)Neil M. Price教授對(duì)該工作有重要貢獻(xiàn),。邱保勝教授為論文通訊作者,，華中師范大學(xué)為論文的第一完成單位。

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

（審讀人：徐芬 謝波）