微藻是地球上光合微生物的原始种类之一,由于其生长周期较短、生长速率较快和生产高附加值产物的潜力而被广泛开发利用.然而,在微藻放大生产的过程中极易受到高盐等非生物胁迫的不利影响,极大地限制了微藻的生产力.因此,了解微藻盐胁迫响应的分子机制将有助于耐盐藻株的快速建立.本文总结了真核微藻和原核蓝藻响应盐胁迫的各种参与蛋白及其具体作用机制,包括转运蛋白维持离子稳态、积累渗透调节物质、抗氧化防御机制、信号蛋白和脂质积累等;同时综述了已被开发利用的天然耐盐藻包括杜氏盐藻(Dunaliella salina)、盐生隐杆藻(Aphanothece halophytica)、皮克绿球藻(Picochlorum sp.)和海洋绿藻(Chlamydomonas W80)等微藻及其耐盐基因的研究进展;最后讨论了典型盐响应基因在优良藻种选育中的价值与应用前景.

糖转运蛋白是一种位于细胞膜上的重要载体蛋白,负责将胞外的糖类物质转运至细胞内供细胞代谢利用,除了转运功能外,糖转运蛋白还可以作为糖传感器在真核微藻、哺乳动物和高等植物中发挥重要作用.以真核微藻基因组数据为基础,在基因组水平对糖转运蛋白基因的分布、结构和进化规律进行了系统的研究.对测序完成的28株真核微藻糖转运蛋白家族进行了比较基因组学分析,从中发现了70个假定的糖转运蛋白序列,即为9个HUP1,39个HUP2和22个HUP3类型的糖转运蛋白基因.初步推断真核微藻的糖转运蛋白基因是细菌起源的.建立了微藻糖转运蛋白基因-结构-功能的框架结构,对之后构建优良藻株具有重要的理论和现实意义.

以宁夏贺兰山东麓荒漠藻结皮为研究对象,对处于不同发育阶段的藻结皮中微生物群落结构及其演替进行了研究.结皮样品高通量测序结果分别得到521个16S rDNA序列操作分类单元(OTU)和64个18S rDNA序列OTU,表明藻结皮中原核微生物多样性远高于真核微生物;贺兰山东麓藻结皮中原核微生物分布于26个纲,Cyanobacteria在各个发育阶段中都是优势微生物类群,Actinobacteria、Chloroplast、Alphaproteobacteria和Bacilli在藻结皮发育的各个阶段相对丰度也较高;从属水平上分析,Bacillus、Leptolyngbya、Microcoleus、Microvirga;Chroococcidiopsis、Rubellimicrobium、Phormidium、Mastigocladopsis、Skermanella、Nostoc、Scytonema共11个属在各个发育阶段的藻结皮中都存在,只是出现了丰度的差异.Bacillus在藻结皮形成期、发育初期和发育中期相对丰度较大,成熟期丰度显著下降,而成熟期Microvirga丰度较前3个时期显著增加,表现出明显的细菌菌群演替现象.藻结皮样品中主要真核微生物分布于13个纲,其中Dothideomycetes和Pezizomycetes在各个发育阶段样品中丰度都很高,Agaricomycetes在形成期样品中相对丰度高达32.6％,但在藻结皮发育过程中其相对丰度迅速下降;原生生物的相对丰度在藻结皮发育过程中逐渐增加;4个发育阶段藻结皮样品中均未检测到真核微藻序列.4个发育阶段的藻结皮样品中有明确分类学信息的真核微生物共13个属,其中4个发育阶段中共有的为Coniothyrium、Dendryphion、Friedmanniomyces、Phloeopeccania、Sarocladium共5个属,其余8个属只在个别发育阶段样品中检出,表明在藻结皮发育过程中真核微生物的群落结构也发生着变化.藻结皮厚度、全氮含量及有机质含量是影响结皮层微生物群落组成的主要因素.

以18S rDNA V4区作为目标基因,利用自行设计的真核微藻鉴定引物V4(F/R),结合高通量测序技术,对辽东湾2014年四季海水中真核微藻多样性进行了检测.结果 发现,辽东湾海域注释到种的真核微藻有136种,41％的种类在中国海域未见报道,其中自养型占60％、异养型占10％、混合营养型占30％.研究对丰富中国海域微藻名录和外来海洋微藻背景数据库具有较大意义.

WRKY是植物特有的一个转录因子超家族,参与植物生长发育、物质代谢以及生物和非生物胁迫响应等多种生物学过程的调控.尽管WRKY转录因子基因已在高等植物广泛表征,然而有关真核藻类WRKY却知之甚少.采用多序列比对、系统进化和保守域分析等技术对30种真核藻类WRKY进行全基因组鉴定,共获得24个WRKY成员,均来自绿藻门(Chlorophyta)藻类.红藻门(Rhodophyta)、灰藻门(Glaucophyta)和硅藻门(Bacillariophyta)等藻类未检测到WRKY.24个 WRKY成员均具有保守结构域七肽序列 WRKYGQ(E/A/H/N)K和锌指基序C-X4-5-C-X22-23-H-X-H,分别归类于Ⅰ、Ⅱ a、Ⅱ b和R组.高含虾青素的雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)含有 2 个Ⅰ类 WRKY 成员(HaeWRKY-1 和 HaeWRKY-2).进一步克隆HaeWRKY-1和HaeWRKY-2基因编码序列,构建原核表达载体在大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达,并通过Ni-NTA亲和层析获得纯化的HaeWRKY融合蛋白.雨生红球藻在正常培养条件下,HaeWRKY-1表达量显著高于HaeWRKY-2.高光逆境胁迫显著上调HaeWRKY-1表达和下调HaeWRKY-2表达.HaeWRKY基因启动子含有多个光、乙烯、脱落酸(abscisic acid,ABA)以及逆境响应顺式元件.特别在HaeWRKY-2启动子区未检测到W-box顺式元件,但HaeWRKY-1和控制虾青素生物合成关键酶基因HaeBKT.HaePSY基因启动子含有W-box元件.基于本研究及前人的发现,我们推测高光胁迫下HaeWRKY-2低表达可能导致HaeWRKY-1的上调表达,HaeWRKY-1进而上调虾青素合成关键基因(HaeBKT、HaePSY等)表达,促进虾青素合成积累.这为深入解析雨生红球藻高光胁迫响应及虾青素合成的调控机制提供了新思路.

采用高通量测序-分子鉴定分级技术于2019年对长山群岛全海域真核微藻粒级结构进行了研究.结果发现,春季以中(47％)、小粒级(41％)为主,夏季以小(39％)、大粒级(38％)为主,秋季以大粒级(60％)为主,春、夏、秋季小、中、大粒级微藻比例为42∶47∶11、39∶23∶38、22∶18∶60.小粒级微藻优势种为细小微胞藻(Micromonas pusilla)、融合微胞藻(Micromoaos commoda)和金牛微球藻(Ostreococcus tauri),中粒级微藻优势种为剧毒卡尔藻(Karlodinium veneficum)、大粒级微藻优势种为柔弱几内亚藻(Guinardia delicatula)、平野亚历山大藻(Alexandrium hiranoi)、多纹膝沟藻(Gonyaulaix polygramma),综合整个真核微藻群落,春季由中粒径的剧毒卡尔藻占据优势(23.9％),夏季由大粒径的平野亚历山大藻占据优势(29.4％),秋季由大粒径的多纹膝沟藻占据优势(66.8％),有毒甲藻在该海域中占有绝对优势,贝毒累积风险较高,小粒径微藻中金牛微球藻和抑食金球藻曾在渤海引发褐潮,潜在威胁该海域贝类养殖业.虾夷扇贝对小粒级和大粒级微藻的选择性较低,对中粒级微藻的选择性较高,尤其对水体中优势种剧毒卡尔藻一直表现出主动选择.光学需氧量、无机氮、溶解氧、石油类及部分重金属Cd、As、Hg影响着整个长山群岛海域真核微藻粒级结构时空演变.