《Environmental Microbiology Reports》：Synechococcus Under Stress: Contrasting Physiological and Transcriptional Responses to Salinity and Temperature in Marine Versus Euryhaline Strains
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本文综述了海洋聚球藻RS9907与广盐聚球藻WH5701在盐度梯度（18-50 PSU）及不同温度（最适与低温）下的生理与转录组响应差异。研究揭示了二者在光合作用效率（Fv/FM）、生长速率及基因表达模式上的显著不同，特别是广盐菌株通过上调膜转运蛋白、磷酸戊糖途径及脂肪酸去饱和酶（如desC4, desA3）等基因以适应盐度波动，而海洋菌株则表现出更强的光合电子传递稳定性。文章阐明了聚球藻应对温盐联合胁迫的差异化适应策略，对理解全球变化下海洋蓝藻的生态分布具有重要意义。
引言
海洋蓝藻贡献了约全球净初级生产力的25%，在调节全球生物地球化学循环中扮演关键角色。其中，聚球藻（Synechococcus）在海洋、半咸水和淡水生态系统中分布广泛。本研究选取严格海洋性的聚球藻RS9907（亚簇5.1，分支II）和广盐性的聚球藻WH5701（亚簇5.2）作为模型菌株，旨在解析它们在盐度和温度联合胁迫下的生理与分子响应机制。
生理响应
在生理层面，研究分析了两种菌株在不同盐度（18、36、50 PSU）和温度（RS9907：20°C和28°C；WH5701：15°C和30°C）下的生长速率和光合参数。结果表明，盐度胁迫（对RS9907为18 PSU，对WH5701为50 PSU）会导致生长速率和最大光化学量子产量（Fv/FM）下降。RS9907在盐胁迫下能更有效地维持光合电子传递速率（rETR），且在低温下Fv/FM更稳定。相比之下，WH5701在50 PSU高盐条件下，其有效光化学量子产量（Y(II)）和rETR均显著降低，表明其光合机构在高盐下受损更严重。低温（WH5701在15°C）普遍降低了生长速率，但对Fv/FM的影响因菌株和盐度条件而异。
转录组分析
通过RNA测序和软聚类分析，研究发现WH5701有71%的基因受盐度差异表达调控，而RS9907仅有6%。这表明广盐菌株具有更灵活的转录调控能力以应对环境波动。基因表达谱可聚类为几个主要模式：
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集群1（高盐诱导）：在50 PSU下上调，包含与相容性溶质（如葡糖基甘油合成基因ggpS, ggpP）、糖原降解（glgP）以及碳代谢（如磷酸戊糖途径基因zwf, gnd）相关的基因。在WH5701中，高盐还特异性诱导了碳酸氢盐转运蛋白（cmpABCD）和某些脂肪酸去饱和酶（desC4, desA3）基因的表达。
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集群2（高盐抑制）：在50 PSU下表达下调，包含应激响应蛋白（如热休克蛋白groEL, groL2S, clpP）、氮同化基因（amt1）等。在WH5701中，此集群还包含了氨基酸生物合成和DNA损伤修复相关基因。某些脂肪酸去饱和酶（如desC6, desA4）在WH5701中于低盐低温（18 PSU, 15°C）下表达最高。
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集群3（与生长速率平行）：其表达模式与最适温度下的生长速率相似。包含藻胆体（apcAEF, cpcAB）、光系统II（psbAO）和光系统I（psaABD）亚基基因。在WH5701中，碳固定基因（csoS2, rbcLS）也属于此集群，但在低温高盐（42 PSU）下表达上调。
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集群4（RS9907特有，低温响应）：在RS9907中，此集群基因在20°C低温下表达呈单峰模式，涉及辅酶和氨基酸代谢、核糖体生物合成以及应激响应（如脂肪酸去饱和酶desC3和伴侣蛋白clpBC）。
核心响应与差异
两种菌株共享部分核心胁迫响应机制，如在低温胁迫下上调碳固定基因，在高盐（42-50 PSU）下上调糖原降解和相容性溶质合成基因。然而，它们也展现出显著差异：
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WH5701独特地上调了大量膜转运蛋白、脂肪酸去饱和酶和磷酸戊糖途径相关基因，这可能是其具有更广盐度耐受性的原因之一。
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RS9907的光合基因（如psbCD, psaC）在低盐下表达增加，但其整体转录调控幅度远小于WH5701。
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脂肪酸去饱和酶的表达调控在WH5701中更为明显，表明其通过调节膜脂不饱和度来适应温盐变化。
讨论与结论
研究表明，海洋菌株RS9907和广盐菌株WH5701采用了不同的温盐适应策略。RS9907依赖于其光合机构的稳健性，转录调控相对保守；而WH5701则表现出高度的转录可塑性，通过协调渗透调节、碳代谢、膜运输和光合作用相关基因的表达来应对盐度波动。温度与盐度胁迫存在交互作用，例如碳固定基因的上调可能是应对联合胁迫产生的活性氧（ROS）的补偿机制。研究结果为了解不同生态型聚球藻应对环境变化的分子基础提供了新见解，对预测气候变化背景下海洋蓝藻的分布格局具有重要意义。
