Chlorolab2+│M-PEA+]大葉藻放氧復合體光失活的波長依賴性

Chlorolab2+│M-PEA+]大葉藻放氧復合體光失活的波長依賴性

　　大葉藻是沿海海草草甸中重要的海洋被子植物，具有光敏型放氧復合體（OEC）。在惡劣環境下，大葉藻OEC的光失活可能會導致種群數量下降。然而，這種光敏性背后因素仍不清楚。

　　近日，煙臺大學海洋學院張全勝教授團隊的學術論文“The wavelength dependence of oxygen-evolving complex inactivation in Zostera marina”在線發表在Plant Physiology and Biochemistry上（IF=6.5）。本研究旨在闡明不同波長的光對大葉藻OEC光敏性的影響。

　　本文中作者使用英國Hansatech公司生產的多功能植物效率分析儀M-PEA+測定了暴露在不同波長的光下大葉藻的快速葉綠素熒光誘導動力學曲線（OJIP），處理后OJIP曲線的形狀發生了顯著變化（圖1A）。隨著波長的減小，W_K逐漸增加，W_K越大說明放氧復合體的活性越?。▓D1B）。同時，W_K的增加與Fv/Fm的減少相對應。Fv/Fm的變化也依賴于不同波長的光，在紫外線或藍光下下降最為顯著（圖1C）。

　　圖1暴露于380、400、420、450、520、630、660和735 nm的單色光和復合白光（WL，400–750 nm）15分鐘后，歸一化OJIP曲線（Ft-Fo）（A）、WK（B）和Fv/Fm（C）的變化。

　　作者選取藍光BL、白光WL和紅光RL處理進行進一步研究，分別處理180min后，OJIP曲線的形狀發生了顯著變化(圖2a)。隨著處理時間的增加，Fv/Fm逐漸減少，同時W_K增加（圖2b-c）。在三種光處理中，在420nm的BL下這兩種熒光參數的變化最顯著（圖2b-c）。此外，活性OEC中心的比例在暴露過程中逐漸減少，這意味著光照射誘導了OEC持續失活（圖2d）。在420nm的短波長下，OEC中心的減少最為顯著，達到15%（圖2d）。在蛋白質水平上也觀察到了類似的結果。如圖2e所示，OEC外周蛋白包括PsbP和PsbQ的PsbO相對豐度在BL暴露下降低最為顯著。

　　圖2 （A） 暴露于藍光（BL，420 nm）、白光（WL，400–750 nm）和紅光（RL，660 nm）180分鐘后歸一化OJIP曲線（Ft-Fo）的變化。（B–D）BL、WL和RL處理180分鐘Fv/Fm（B）、Wk（C）和OEC中心（D）變化的時間過程

　　另外，作者使用英國Hansatech公司生產的液相氧電極Chlorolab2+測量大葉藻O₂濃度變化曲線（圖3A）。如圖3b和C所示，隨著暴露時間的增加，凈光合速率Pn和呼吸速率R均有顯著下降，與WL和RL處理相比，BL處理的這種下降更明顯。此外，由Pn + R計算出的總光合速率P也表現出相同的趨勢（圖3D）。

　　圖3（A） 在測量凈光合速率（Pn）和呼吸速率（R）期間，液相氧電極系統的反應室反應體系中O₂濃度的典型變化過程。（B–D）藍光（BL，420 nm）、白光（WL，400–750 nm）和紅光（RL，660 nm）處理180分鐘Pn（B）、R（C）和總光合速率P（D）變化的時間過程。

　　類胡蘿卜素作為光合自養生物的輔助色素，可以通過散熱或清除活性氧來發揮光保護功能。如圖5和圖6所示，類胡蘿卜素在420 nm光下增加最為明顯，可能主要作為散熱劑，而不是有效的濾光器。相比之下，從花青素含量和與其生物合成有關的基因表達化來看，花青素對短波長光的反應最小。此外，芳香?；ㄇ嗨氐乃皆谒{、白和紅光處理中保持一致。這些結果表明，大葉藻OEC光失活可能與短波光保護不足有關，這是花青素合成和芳香?；揎棽蛔愕慕Y果。

圖4所鑒定基因表達的主成分分析

圖5（A，C）與類胡蘿卜素(A)和花青素(C)生物合成途徑相關的差異表達基因（DEGs）的聚類分析

　　圖6與MYB轉錄因子(A)和?；D移酶(B).相關的差異表達基因（DEGs）的聚類分析