Chlorolab2+│M-PEA+]大叶藻放氧复合体光失活的波长依赖性

Chlorolab2+│M-PEA+]大叶藻放氧复合体光失活的波长依赖性

　　大叶藻是沿海海草草甸中重要的海洋被子植物，具有光敏型放氧复合体（OEC）。在恶劣环境下，大叶藻OEC的光失活可能会导致种群数量下降。然而，这种光敏性背后因素仍不清楚。

　　近日，烟台大学海洋学院张全胜教授团队的学术论文“The wavelength dependence of oxygen-evolving complex inactivation in Zostera marina”在线发表在Plant Physiology and Biochemistry上（IF=6.5）。本研究旨在阐明不同波长的光对大叶藻OEC光敏性的影响。

　　本文中作者使用英国Hansatech公司生产的多功能植物效率分析仪M-PEA+测定了暴露在不同波长的光下大叶藻的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP），处理后OJIP曲线的形状发生了显著变化（图1A）。随着波长的减小，W_K逐渐增加，W_K越大说明放氧复合体的活性越小（图1B）。同时，W_K的增加与Fv/Fm的减少相对应。Fv/Fm的变化也依赖于不同波长的光，在紫外线或蓝光下下降最为显著（图1C）。

　　图1暴露于380、400、420、450、520、630、660和735 nm的单色光和复合白光（WL，400–750 nm）15分钟后，归一化OJIP曲线（Ft-Fo）（A）、WK（B）和Fv/Fm（C）的变化。

　　作者选取蓝光BL、白光WL和红光RL处理进行进一步研究，分别处理180min后，OJIP曲线的形状发生了显著变化(图2a)。随着处理时间的增加，Fv/Fm逐渐减少，同时W_K增加（图2b-c）。在三种光处理中，在420nm的BL下这两种荧光参数的变化最显著（图2b-c）。此外，活性OEC中心的比例在暴露过程中逐渐减少，这意味着光照射诱导了OEC持续失活（图2d）。在420nm的短波长下，OEC中心的减少最为显著，达到15%（图2d）。在蛋白质水平上也观察到了类似的结果。如图2e所示，OEC外周蛋白包括PsbP和PsbQ的PsbO相对丰度在BL暴露下降低最为显著。

　　图2 （A） 暴露于蓝光（BL，420 nm）、白光（WL，400–750 nm）和红光（RL，660 nm）180分钟后归一化OJIP曲线（Ft-Fo）的变化。（B–D）BL、WL和RL处理180分钟Fv/Fm（B）、Wk（C）和OEC中心（D）变化的时间过程

　　另外，作者使用英国Hansatech公司生产的液相氧电极Chlorolab2+测量大叶藻O₂浓度变化曲线（图3A）。如图3b和C所示，随着暴露时间的增加，净光合速率Pn和呼吸速率R均有显著下降，与WL和RL处理相比，BL处理的这种下降更明显。此外，由Pn + R计算出的总光合速率P也表现出相同的趋势（图3D）。

　　图3（A） 在测量净光合速率（Pn）和呼吸速率（R）期间，液相氧电极系统的反应室反应体系中O₂浓度的典型变化过程。（B–D）蓝光（BL，420 nm）、白光（WL，400–750 nm）和红光（RL，660 nm）处理180分钟Pn（B）、R（C）和总光合速率P（D）变化的时间过程。

　　类胡萝卜素作为光合自养生物的辅助色素，可以通过散热或清除活性氧来发挥光保护功能。如图5和图6所示，类胡萝卜素在420 nm光下增加最为明显，可能主要作为散热剂，而不是有效的滤光器。相比之下，从花青素含量和与其生物合成有关的基因表达化来看，花青素对短波长光的反应最小。此外，芳香酰化花青素的水平在蓝、白和红光处理中保持一致。这些结果表明，大叶藻OEC光失活可能与短波光保护不足有关，这是花青素合成和芳香酰化修饰不足的结果。

图4所鉴定基因表达的主成分分析

图5（A，C）与类胡萝卜素(A)和花青素(C)生物合成途径相关的差异表达基因（DEGs）的聚类分析

　　图6与MYB转录因子(A)和酰基转移酶(B).相关的差异表达基因（DEGs）的聚类分析