生命起源于海洋,，地球上的氧氣約有一半由海洋光合作用所產(chǎn)生，而葉綠素是光合作用光能捕捉與化學(xué)能產(chǎn)生所需的關(guān)鍵分子,，光合生命進化出復(fù)雜的捕光機制,。
海洋真核藻類在大小、顏色和形態(tài)上各不相同,，但它們的捕光色素-蛋白復(fù)合體中大多采用了一種陸地植物所缺乏的,、名為葉綠素c的分子。葉綠素c是一類在海洋浮游生物中廣泛存在的葉綠素,，它的吸收光譜主要集中在藍綠色光區(qū)域,，能夠吸收波長較短的光線，因此在海洋中發(fā)揮了重要的作用,。
2023年11月24-28日，青島召開的全國海洋微生物學(xué)學(xué)術(shù)研討會上,，來自西湖大學(xué)的李小波團隊發(fā)表了他在藻類光合作用的代謝合成酶（包括葉綠素,、類胡蘿卜素），以及在缺氮等逆境條件下,，這些色素含量和組成的變化,。
▲藻華漩渦。2021年南大西洋的浮游植物藻華漩渦 (綠色和淺藍色),。
早在2023年10月,，李小波團隊就在Science發(fā)表題為“A chlorophyll c synthase widely co-opted by phytoplankton"（一種被浮游植物廣泛選擇的葉綠素c合成酶）的文章，揭示了葉綠素c合成酶編碼基因及該酶作用機制,，挖掘了葉綠素c的生理功能,，討論了該基因的演化形成與轉(zhuǎn)移,。
▲從藻類中提取的各類色素（作者：李小波教授研究團隊）
綠藻在缺氮脅迫下的光合適應(yīng) /
萊茵衣藻，是一種單細(xì)胞藻類,，在缺氮條件下,，氮轉(zhuǎn)運能力上調(diào)，甘油三酯等脂質(zhì)積累,，可以作為生物能源的前體,，為了持續(xù)產(chǎn)生甘油三酯，需要有持續(xù)的光合作用,，但是缺氮會導(dǎo)致黃化,，葉綠素降低及能量猝滅。了解這其中的機制后,，就可以讓藻類在逆境條件下繼續(xù)光合作用,，把能量保持在特定的產(chǎn)物中，來保持產(chǎn)量,。
為了尋找這個過程中的基因,，因為是單倍體，通過隨機插入突變,，不需要自交就可以看表型,，將抗性基因的DNA轉(zhuǎn)入到萊茵衣藻，在抗性培養(yǎng)基上做篩選,，產(chǎn)生76000個突變體,。
PIXL&ROTOR+ /
人工進行篩選肯定不現(xiàn)實，為了提高效率,，采用自動化的方式來識別和篩選菌落,，并進行隨機挑取菌落，將其接種成384陣列,，為了維持這個文庫,，使用384針在瓊脂之間復(fù)制，可以保存文庫,，也可以將文庫復(fù)制到篩選平板上,，看表型變化，記錄突變體陣列的大小,、顏色,、熒光等表型。
▲ROTOR＋高通量菌落篩選可短時間內(nèi)操作酵母,、真菌,、細(xì)菌、微藻的高密度陣列，使用無菌復(fù)制針板,，進行84,、384、1536,、6144密度的高通量篩選,，不同密度的文庫保存等，PILX自動挑菌設(shè)備采用Pinpoint挑取技術(shù),，通過超聲波自動探測瓊脂高度,，對每次挑菌進行瓊脂表面壓力探測挑取隨機菌落。
實驗篩選了384密度菌落陣列,，大約有七萬多個突變,，可以覆蓋微藻一萬多個基因和絕大多數(shù)非必須基因，獲得大約500個突變體有表型特異性,，用于后期研究,。
結(jié)果顯示有的黃化慢一點，一直保持綠色,，有的黃化快一點,，還有能量猝滅，很多突變體無法在缺氮的培養(yǎng)基上生存,，有些持續(xù)保持綠色的細(xì)胞,，可能黃化對細(xì)胞的生存有保護作用，從突變體中鑒定了很多基因,，一部分跟電子傳遞鏈相關(guān),，也有只知道是個激酶，但作用途徑不清楚,。
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