華大在線訊（通訊員 龔思穎）近日，我校生命科學學院邱保勝教授課題組在發(fā)菜逆境適應(yīng)研究方面取得重要進展，相關(guān)成果在線發(fā)表于國際微生物學領(lǐng)域的權(quán)威期刊《Environmental Microbiology》（Shang et al.2019, doi: 10.1111/1462‐2920.14521)。
藍藻發(fā)菜是我國一級保護野生植物，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，需要應(yīng)對高強度紫外輻射與長期干旱脫水等多種逆境。邱保勝課題組先后采用第二代測序技術(shù)和第三代測序技術(shù)，對室內(nèi)純培養(yǎng)的發(fā)菜藻株（Nostoc flagelliforme CCNUN1）進行了全基因組測序，以探討發(fā)菜適應(yīng)各種逆境的遺傳基礎(chǔ)和分子機制。通過基因組組裝和注釋，發(fā)現(xiàn)發(fā)菜的基因組大小為10.23 Mb，含有10825個蛋白編碼基因，是已報道的最大的藍藻完整基因組之一。通過比較分析20株陸生與水生藍藻的基因組，發(fā)現(xiàn)DNA復(fù)制、重組和修復(fù)相關(guān)基因?qū)Πl(fā)菜基因組擴張的貢獻最大。在光合機構(gòu)的保護、單不飽和脂肪酸的合成、紫外輻射的響應(yīng)，以及鳥氨酸代謝的特殊作用等方面，發(fā)菜獲得了一些功能基因，從而能很好地適應(yīng)各種逆境。野外采集的發(fā)菜可在干燥條件下保存數(shù)年，復(fù)水后數(shù)小時內(nèi)就能恢復(fù)光合活性。邱保勝課題組同時研究了發(fā)菜復(fù)水過程中轉(zhuǎn)錄反應(yīng)的時序表達模式，揭示了發(fā)菜適應(yīng)復(fù)水生活的獨特策略，其中包括PSI組裝因子基因的組成型高表達，以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制參與光合作用的恢復(fù)。該研究將為藍藻的登陸機制研究與荒漠土壤生態(tài)恢復(fù)策略的設(shè)計提供思路，為闡明光合機構(gòu)快速恢復(fù)的調(diào)節(jié)與代謝機制提供重要線索。
圍繞發(fā)菜的逆境適應(yīng)，邱保勝課題組此前在該期刊發(fā)表了另一篇研究論文（Shang et al. 2018.Environmental Microbiology20: 200-213）。他們在發(fā)菜中新發(fā)現(xiàn)一種抗紫外次生代謝物，并闡明了其合成路徑與合成調(diào)控機制。該成果將推動藍藻UV-B光受體的研究，同時有望在防曬化妝品行業(yè)得到應(yīng)用。
上述工作得到國家自然科學基金資助，由華中師范大學與悉尼大學、弗萊堡大學、中科院水生生物研究所、中科院武漢物理與數(shù)學研究所和復(fù)旦大學合作完成。華中師范大學為兩篇論文的第一完成單位，尚金龍博士為第一作者，邱保勝教授為通訊作者。
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