近日，华中师范大学生命科学学院邱保胜课题组在休眠蓝藻光合复苏机制研究方面取得新进展，相关论文“Red-light-dependent chlorophyll synthesis kindles photosynthetic recovery of chlorotic dormant cyanobacteria using a dark-operative enzyme”在国际生物学综合期刊Current Biology上发表。
10月7日，Current Biology期刊邀请德国图宾根大学Sofía Doello博士和Karl Forchhammer教授，撰写评论文章“Microbial ecophysiology: Shedding light on the re-greening of chlorotic cyanobacteria”，亮点推介该成果。
休眠是一种古老且广泛的生存策略，使生物能够应对极端环境条件，例如微生物孢子和植物种子的休眠状态、某些生物的生理休眠以及动物的冬眠行为。蓝藻，作为最早出现的氧气释放型光合生物之一，展现了非凡的生态适应力，并在全球的碳氮循环中扮演着至关重要的角色。在自然水体中，由于生物对氮等营养物质的有效利用，导致这些营养物质的浓度波动，进而引发水生植物的动态演替。当氮源匮乏时，蓝藻可以通过其营养细胞进入一种称为黄化休眠的状态，这种状态下，蓝藻的叶绿素会分解，类囊体结构会消失，光合作用能力也随之丧失。与此同时，细胞内部会产生大量糖原，增加密度，生理活动几乎完全停止，并最终沉降至水底，等待适宜的营养条件恢复活力。这些休眠状态的细胞可以被视为水体中蓝藻种群演替的潜在“种子库”，犹如《格林童话》中的睡美人，因此被比喻为“微生物睡美人（Microbial Sleeping Beauty）”。
在休眠蓝藻复苏的过程中，光合作用系统的重建是一个关键步骤，而这一过程中的生物发生和调控机制仍然存在许多未知之处。研究显示，在模拟浅水湖泊底部的微弱光照条件下，处于氮缺乏状态下的休眠蓝藻对特定波长的光线显示出复苏效率的偏好，特别是红光对其复苏至关重要。通过对蓝藻的转录组进行分析，研究人员发现红光能显著提升非光依赖性原叶绿素酸酯还原酶（DPOR）的表达水平。实验中，当敲除DPOR的一个亚基——ChlL之后，蓝藻失去了在微弱红光下复苏的能力，这首次证实了DPOR在蓝藻复苏中的重要功能。此外，通过筛选转录因子并与启动子结合区分析，研究确认了转录因子RpaB在chlL基因表达调控及蓝藻复苏过程中起到了核心作用。
DPOR最初源自一个无氧环境，并从固氮酶进化而来，在蓝藻及某些植物中与光依赖性原叶绿素内酯还原酶（LPOR）共同参与叶绿素合成。相比之下，LPOR存在于所有需氧光合生物中，并被认为是光合作用早期激活的关键酶。此研究揭示了DPOR在蓝藻光合复苏过程中，特别是在弱红光条件下催化叶绿素合成的重要性，这一过程如同光合作用复苏的“星火”，最终形成“燎原”之势，推动细胞重新获得光合作用能力。这项研究成果不仅增进了我们对DPOR生物学功能的理解，也为探索在环境变化影响下光合作用系统如何发生和发展提供了新视角。
该工作得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目与湖北洪山实验室项目的资助。徐海锋副研究员为论文第一作者，博士生于晨和白扬为共同第一作者，左艾伟、叶映彤、刘艳如等硕士研究生，以及已毕业博士研究生李政科等人均参与了该项研究，悉尼大学陈敏教授对该工作亦有重要贡献。邱保胜教授和戴国政副教授为论文共同通讯作者，华中师范大学为论文的第一完成单位。
