《New Phytologist》：The unicellular green microalga Botryosphaerella sudetica links plant-like light protection with an algal lifestyle
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本研究系统揭示了非运动型绿藻Botryosaerella sudetica通过组成性表达PSBS蛋白，建立了类似陆生植物的快速能量依赖型淬灭（qE）机制，其光保护效能显著优于运动型模式藻类莱茵衣藻。该发现首次在绿藻门中证实了生物运动能力与光保护策略的进化关联，为光合生物适应性进化研究提供了新范式。
摘要
本研究通过比较非运动型绿藻Botryosphaerella sudetica与运动型模式生物莱茵衣藻的光保护策略，发现B. sudetica采用类似陆生植物的组成性光保护机制。该藻类在强光环境下表现出更高的生长速率和光系统II最大量子产额，其优势源于独特的快速激活型能量依赖淬灭（qE）机制。
引言
光合生物通过非光化学淬灭（NPQ）机制调节光能利用，其中能量依赖淬灭（qE）、状态转换（qT）和玉米黄质依赖淬灭（qZ）等组分在不同时间尺度发挥作用。传统认知认为运动型藻类依赖光趋避反应，而非运动型生物则发展出组成性光保护机制。本研究通过比较两种绿藻的光适应策略，揭示了生物运动性与光保护机制的进化关联。
材料与方法
实验采用同步培养的B. sudetica和C. reinhardtii，在5% CO2条件下分别进行低光（100 μmol photons m-2s-1）和强光（1000 μmol photons m-2s-1）处理。通过叶绿素荧光分析、77K低温荧光光谱、免疫印迹和色素含量测定等手段，系统评估了两种藻类的光保护特性。
结果
- 1.
生长特性与光耐受性
B. sudetica在强光下生物量积累达到0.618 g L-1d-1，显著高于C. reinhardtii（0.143 g L-1d-1）。同时，前者保持更高的PSII最大量子产额（0.69 vs 0.54）和放氧活性，表明其具有更强的光损伤抵抗能力。
- 2.
NPQ动力学特征
在未预适应的低光条件下，B. sudetica即可实现快速NPQ诱导（5分钟内达1.8），而C. reinhardtii仅达到0.25。这种组成性高NPQ能力与陆生植物特征相似，且不依赖光强预适应。
- 3.
NPQ组分解析
qE在B. sudetica的NPQ中占主导地位（73%），且强烈依赖玉米黄质形成。相反，C. reinhardtii主要依靠状态转换（qT）进行光保护。DTT抑制实验证实B. sudetica的NPQ对紫黄质脱环氧化酶活性敏感，其玉米黄质含量（32.54 mmol mol-1Chl a）显著高于衣藻（8.01 mmol mol-1Chl a）。
- 4.
分子机制解析
基因组分析显示B. sudetica同时编码PSBS和LHCSR同源基因。在mRNA和蛋白水平上，PSBS在B. sudetica中呈组成性表达，而C. reinhardtii的PSBS和LHCSR3均需光诱导表达。这种表达模式的差异直接决定了两者qE机制的组成性与诱导性特征。
讨论
研究结果支持"生物运动性决定光保护策略"的进化假说。非运动型的B. sudetica通过组成性表达PSBS蛋白，建立了类似陆生植物的快速光保护机制，而运动型衣藻则依赖可诱导的LHCSR系统和状态转换。这种策略分化反映了不同生境选择压力下的适应性进化，为理解光合生物的生态适应性提供了重要案例。
该研究首次在绿藻中发现了植物型光保护机制与藻类生活史的创新结合，为人工光合系统优化和藻类生物技术应用提供了新思路。
