蓝光调节海带光合作用基因表达的研究

蓝光对植物的很多生长发育过程起着关键的调控作用，有关植物蓝光反应的研究越来越受到重视。褐藻，拥有以蓝光为主要光因子的栖息环境和吸收蓝光的主要捕光色素岩藻黄素，与蓝光有着紧密的联系。蓝光主要表现为促进褐藻的光合作用。蓝光受体一般通过对目标组分转录的调节，引起植物体的生理反应。目前唯一分离到的褐藻蓝光受体Aureochrome即为一种转录因子。因此，对目标基因的光控转录机制的研究是揭示蓝光信号转导机制的有效途径，而目标基因的获得是开展这方面研究的前提。本研究拟以海带（Laminaria japonica）为研究对象，采用抑制性消减杂交（SSH）技术构建蓝光与红光培养的幼孢子体的cDNA消减文库，通过对基因表达差异的全面分析，找到光合代谢途径受蓝光调节的相关基因，从基因转录水平阐明蓝光调控褐藻光合作用的机理；并筛选目标基因进行全序列克隆，为深入研究该基因的光控转录特征与蓝光信号转导机制奠定基础。

褐藻，拥有以蓝光为主要光因子的栖息环境和吸收蓝光的主要捕光色素岩藻黄素，与蓝光有着紧密的联系。众多文献表明蓝光可促进饱和红光下褐藻的光合作用。蓝光受体一般通过对目标组分转录的调节，引起植物体的生理反应。目前唯一分离到的褐藻蓝光受体aureochrome即为一种转录因子。本研究以我国重要的经济褐藻海带（Laminaria japonica）为研究对象，从形态建成、光合生理和基因转录三个层次比较了蓝光和红光对其孢子体生长发育的影响。基于形态建成和光合生理发现：蓝光对海带孢子体不同部位的光合作用具有普遍的促进作用，尤其通过刺激生长点部位的分化促进藻体的快速生长，红光反之，我们将这种效应应用到海带育苗生产中，获授权发明专利一项。基于基因转录水平发现3306个具显著差异表达的基因（DEG），其中2269个DEG的光控模式可归为以下三类：蓝光调控（占17.5%），红光调控（68.4%），蓝光-红光协同调控（14.1%）。大部分DEGs的表达受红光特异性调控，很多基因在蓝光中表现较高的转录本水平，实际是受红光抑制调节。共213个DEGs获得功能注释，主要参与抗逆和防御功能，光合作用，碳氮代谢，其中22.06%为蓝光上调，44.13%为红光下调。与红光比较，蓝光对海带光合色素合成、光反应和无机碳固定途径酶基因的转录具有普遍的促进作用。以上结果表明海带在以蓝光为主的海水环境中得以快速生长发育的因素之一源于环境中红光的减少和蓝光的增加。本研究获得大量功能基因片段，包括光受体基因、转录因子基因、蛋白激酶基因，碳氮代谢、卤素合成等途径的关键酶基因，为深入挖掘海带的光信号转导机制奠定基础。该项目资助下已发表SCI论文4篇，授权发明专利1项。