低溫是限制陸生植物及浮游植物地理分布的主要環(huán)境因素之一。在長期進化過程中，逐漸演化出了一批適應寒冷的生物，它們能夠在這些持續(xù)寒冷的生態(tài)系統(tǒng)中生存并繁衍。微藻作為全球生態(tài)系統(tǒng)中至關(guān)重要的初級生產(chǎn)者，能夠棲息于多種不同的生境。然而，目前對適應低溫的海洋綠藻及其耐低溫機制仍知之甚少。

近日，大連理工大學生物工程學院孔凡濤團隊在國際植物學期刊 Plant Cell Reports 在線發(fā)表了題為 Mechanisms of cold adaptation in a novel marine eukaryotic phytoplankton—psychrophilic microalga Chlamydomonas sp. LWD?1的研究論文。該研究從渤海分離的一種新型嗜冷衣藻LWD-1，揭示了LWD-1冷適應的分子生理機制。研究發(fā)現(xiàn)LWD-1通過協(xié)同調(diào)控膜脂組成、碳固定與脂合成通路，同時實現(xiàn)了低溫適應與高效的產(chǎn)物積累。

研究團隊針對渤海低溫海域開展藻株分離篩選，成功獲得一株未被報道的新型嗜冷綠藻LWD-1，其最適生長溫度為10℃，15℃以上生長受抑、25℃下無法正常生長而致死。電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，LWD-1細胞壁存在“類殼縫”結(jié)構(gòu)，該特征在綠藻類群中系首次發(fā)現(xiàn)。

研究系統(tǒng)對比了LWD-1在最適低溫（10 ℃）與適溫對照（20 ℃）下的生理差異。培養(yǎng)至對數(shù)生長期后，低溫組的藻細胞光合效率顯著提升，生長狀態(tài)更為穩(wěn)定，而適溫組的生長速率已開始下降。生理代謝分析表明，低溫組的膜脂多不飽和脂肪酸、特征膜脂SQDG含量顯著升高，有效維持了低溫下的細胞膜流動性。儲能化合物分析顯示，低溫組的淀粉與TAG含量分別提升 33.4% 與 17.7%。

轉(zhuǎn)錄組與蛋白組聯(lián)合分析進一步從分子層面揭示了該藻冷適應的分子機制。低溫處理下，該藻的碳固定、光合作用、甘油磷脂生物合成以及氮代謝相關(guān)基因均顯著上調(diào)，為高效光合與代謝活動提供了分子支撐。研究同時鑒定到10個抗凍蛋白相關(guān)的差異基因，協(xié)同調(diào)控低溫下的細胞穩(wěn)態(tài)。代謝層面，該藻并未出現(xiàn)碳代謝堵塞，反而通過上調(diào)脂合成通路，將多余碳源轉(zhuǎn)化為多不飽和脂肪酸與 TAG 儲存，同時通過調(diào)整氨基酸代謝緩沖能量壓力，形成了 “冷適應與產(chǎn)物積累協(xié)同推進” 的代謝調(diào)控策略。

綜上所述，該研究揭示了新型嗜冷微藻冷適應的核心生理與分子機制，提出該藻的低溫適應本質(zhì)是 “膜穩(wěn)態(tài)調(diào)控 + 碳代謝重編程” 的協(xié)同作用。這一發(fā)現(xiàn)不僅刷新了學界對嗜冷微藻生存策略的傳統(tǒng)認知，也為低溫環(huán)境下的微藻工業(yè)化生產(chǎn)、高值不飽和脂肪酸藻種的選育提供了重要的理論依據(jù)與核心種質(zhì)資源。

大連理工大學為第一完成單位，遼寧省海洋水產(chǎn)科學研究院和法國艾克斯-馬賽大學為論文合作單位。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、遼寧省自然科學基金、中央高�；究蒲袠I(yè)務費專項資金等項目資助。

論文全文鏈接:

https://doi.org/10.1007/s00299-026-03813-w