近日，5123导航王大志教授团队在Environmental Science & Technology期刊上发表题为“Metabolic Adaptation of a Globally Important Diatom following 700 Generations of Selection under a Warmer Temperature”的最新研究成果，揭示海洋硅藻通过重新调整细胞内的能量代谢来适应海水升温，为海洋浮游植物响应和适应未来海洋暖化机理提供新认识。

硅藻是海洋中最重要的浮游植物类群之一，贡献了约40%的海洋初级生产力，在海洋食物网和生物地球化学循环中扮演重要角色。温度是影响浮游植物生长、繁殖、代谢和生产力的重要环境因子。随着人类排放CO2等温室气体的增加，海洋吸收了大量热量致使海水升温，从而导致海洋暖化。据预测，在本世纪末海水温度将上升2.6-4.8°C，这一变动将对硅藻的生理代谢、生长繁殖和地理分布等造成显著影响。然而，目前大部分研究都仅关注其短期响应效应，极少探究其长期适应性，因而对硅藻究竟能否适应未来海洋暖化存在争议。此外，硅藻对海水升温的响应和适应机制还缺乏分子水平上的深入研究。

本文以海洋中一种具有重要生态学意义的硅藻—多尼骨条藻（Skeletonema dohrnii）为研究对象，运用定量蛋白质组学方法揭示了在短期（～300代）和长期（～700代）两种升温（24°C /20°C，28°C /20°C）培养条件下多尼骨条藻对升温的代谢适应性。结果表明：1）两种升温条件下，多尼骨条藻细胞生长速率明显提高，叶绿素a含量降低（图1）；培养前期细胞POC和PON含量均明显降低，但后期均恢复正常水平，表明多尼骨条藻最终适应了升温。2）300代时，升温使多尼骨条藻通过提高糖酵解、三羧酸循环、脂肪酸氧化及氮代谢等相关途径来增强能量代谢，权衡之下代谢成本随之增加，物质储存减少，导致POC和PON含量降低（图2）。有趣的是，经过700代升温培养后，多尼骨条藻细胞表现出显著的蛋白可塑性，脂类分解代谢和葡萄糖积累增强，从而使POC和PON含量恢复正常水平。3）多尼骨条藻对海水升温存在一个从响应到适应的过程，细胞内能量代谢的重新调整（多种能量代谢转为脂类分解代谢）是硅藻适应海水升温的一种重要策略（图3）。未来需要加强更多浮游植物种类对海水升温的长期适应性研究，为更加准确评估浮游植物对全球变暖的响应和适应提供依据。

图1  升温对多尼骨条藻（700代）生理特征的影响：（a）生长速率；（b）Fv/Fm；（c）叶绿素a含量

图2  参与调控多尼骨条藻响应和适应海水升温的关键蛋白质及代谢途径

图3  经过300和700代升温培养后多尼骨条藻细胞内的关键代谢过程示意图

5123导航博士生程路漫和我实验室研究员张树峰为论文共同第一作者，王大志教授和王明华教授为共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金项目（42030404和41876117）的资助。

论文来源：

Cheng, L.-M.; Zhang, S.-F.; Xie, Z.-X.; Li, D.-X.; Lin, L.; Wang, M.-H.*; Wang, D.-Z*., Metabolic Adaptation of a Globally Important Diatom following 700 Generations of Selection under a Warmer Temperature. Environ. Sci. Technol. 2022.

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.est.1c08584

供稿 ：王大志教授课题组