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暨南大學(xué)融媒體中心訊 全球變暖加劇，占全球碳匯20%的硅藻如何實(shí)現(xiàn)“高溫求生”？暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院李宏業(yè)教授團(tuán)隊(duì)李達(dá)偉副研究員領(lǐng)銜在國際頂刊《Nature Communications》（自然·通訊）發(fā)表里程碑研究，揭示轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控細(xì)胞可塑性偶聯(lián)耐高溫的全新機(jī)制。發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵基因PtHSF2并通過hpRNAi技術(shù)精準(zhǔn)調(diào)控，提高其表達(dá)水平可使硅藻在30℃下的存活率提升3倍，并觸發(fā)細(xì)胞體積增大110%~140%——這一關(guān)鍵形態(tài)變化直接關(guān)聯(lián)耐熱性進(jìn)化。團(tuán)隊(duì)搭建了細(xì)胞壁穿透CUT&Tag染色質(zhì)靶向微藻細(xì)胞技術(shù)引擎，解析了PtHSF2通過“三重驅(qū)動(dòng)”重塑細(xì)胞命運(yùn)：激活Cdc45-like（細(xì)胞周期制動(dòng)器）延緩分裂，上調(diào)Lhcx2（光合護(hù)盾）抵御光損傷，上調(diào)FAD（細(xì)胞可塑性引擎）增強(qiáng)細(xì)胞可塑性。該研究提出將轉(zhuǎn)錄因子動(dòng)態(tài)、細(xì)胞可塑性及環(huán)境適應(yīng)串聯(lián)為因果鏈條，為生物應(yīng)對(duì)全球變暖提供全新范式。

PtHSF2轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控硅藻耐高溫

基于“轉(zhuǎn)錄因子-細(xì)胞可塑性偶聯(lián)”理論，團(tuán)隊(duì)突破性開發(fā)多維度基因調(diào)控系統(tǒng)，通過PtHSF2表達(dá)與靶向hpRNAi聯(lián)用，成功構(gòu)建耐熱性梯度增強(qiáng)的工程藻株。在高溫脅迫下，工程藻株憑借細(xì)胞體積調(diào)控優(yōu)勢，生物量提升300%，油脂合成關(guān)鍵基因活性激增，不飽和脂肪酸含量增加，成為高溫海域生物能源生產(chǎn)儲(chǔ)存的“智能細(xì)胞工廠”。團(tuán)隊(duì)將聯(lián)合國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，在中國沿海啟動(dòng)全球首個(gè)硅藻耐熱性動(dòng)態(tài)模型的構(gòu)建工作。

PtHSF2介導(dǎo)的細(xì)胞可塑性機(jī)制，為設(shè)計(jì)“氣候韌性硅藻”提供了分子藍(lán)圖。團(tuán)隊(duì)正將這一發(fā)現(xiàn)與人工智能預(yù)測模型結(jié)合，開發(fā)細(xì)胞形態(tài)-耐熱性智能評(píng)估平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)硅藻對(duì)氣候變暖響應(yīng)的秒級(jí)診斷；同時(shí)響應(yīng)聯(lián)合國海洋十年計(jì)劃，在熱帶海域測試可塑性增強(qiáng)型藻株，提升區(qū)域碳匯效率。

硅藻高溫生存的分子密碼

論文通訊作者為暨南大學(xué)李宏業(yè)教授和李達(dá)偉副研究員，第一作者包括博士后黃丹、博士生成彩琴、碩士生張浩赟，合作作者包括鄭小飛教授、楊維東教授和羅肇河研究員。本研究得到國家自然科學(xué)基金資助。

文章鏈接:Huang, D., Cheng, CQ., Zhang, HY.et al.Heat shock transcription factor-mediated thermal tolerance and cell size plasticity in marine diatoms. Nature Communications16, 3404 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58547-2

主要作者簡介

李宏業(yè)教授，香港大學(xué)博士，長期從事藻類代謝機(jī)制及資源應(yīng)用研究，構(gòu)建了高效微藻遺傳轉(zhuǎn)化體系，揭示脂質(zhì)重塑與分泌機(jī)制，建立脂質(zhì)累積模型，解析多種活性物質(zhì)合成路徑應(yīng)用于生物制造，拓展微藻在廢棄物治理和生物修復(fù)中的應(yīng)用。以通訊作者在Science Advances、Nature Communications、Metabolic Engineering等重要期刊發(fā)表論文60余篇，多篇論文入選ESI高被引，授權(quán)發(fā)明專利15項(xiàng)，主持成果榮獲教育部高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。

李達(dá)偉副研究員，暨南大學(xué)博士，專注于微藻毒素合成與脂質(zhì)代謝分子機(jī)制研究。主持國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目，在Science Advances、Nature Communications等期刊以第一或通訊作者發(fā)表論文20篇，累計(jì)SCI論文50余篇，授權(quán)發(fā)明專利6項(xiàng)。擔(dān)任《Renewable Energy》特刊主編，曾獲“中國藻類學(xué)研究優(yōu)秀論文獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)，入選“廣東省100位博士博士后創(chuàng)新人物”等榮譽(yù)。

黃丹，暨南大學(xué)博士后，主要研究微藻對(duì)環(huán)境脅迫響應(yīng)及毒素合成的分子機(jī)制。主持中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目。以第一作者身份在Nature Communications、Water Research等國際期刊發(fā)表相關(guān)研究成果，授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)。

責(zé)編：陳國瓊