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近年來，海洋暖化及海洋熱浪等對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深刻影響。近日，中國科學(xué)院海洋研究所研究團隊在海洋硅藻適應(yīng)高溫環(huán)境的分子機制研究方面取得重要進展。研究團隊利用基因編輯技術(shù)，以海洋硅藻三角褐指藻為研究對象，揭示了COP9信號復(fù)合體關(guān)鍵催化亞基CSN5，通過調(diào)控蛋白降解與細胞穩(wěn)態(tài)維持，調(diào)節(jié)海洋硅藻適應(yīng)高溫環(huán)境的分子機制。研究團隊基于TaraOcean宏轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，CSN5同源基因廣泛分布于全球海洋浮游藻類中，且其轉(zhuǎn)錄豐度隨環(huán)境溫度升高而增加，表明CSN5可能參與海洋浮游藻類對升溫環(huán)境的適應(yīng)過程。進一步研究顯示，CSN5在28℃高溫處理后被迅速誘導(dǎo)表達，表現(xiàn)出顯著的溫度響應(yīng)特征。為解析CSN5的功能，研究團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建了CSN5敲除突變株。結(jié)果顯示，在高溫條件下，CSN5敲除株表現(xiàn)出明顯的生長抑制和細胞形態(tài)異常；而利用野生型藻株的CSN5基因進行回補后，突變株在高溫下異常的生長和形態(tài)表型得到明顯恢復(fù)。此外，CSN5過表達株在高溫條件下表現(xiàn)出更快的生長速率和更高的生物量積累。這些結(jié)果表明，CSN5是維持三角褐指藻高溫適應(yīng)能力的重要調(diào)控因子。定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析與表型觀察顯示，在高溫條件下，CSN5基因敲除會引發(fā)三角褐指藻的蛋白表達重塑，干擾光合系統(tǒng)、蛋白降解及細胞骨架相關(guān)過程，破壞細胞穩(wěn)態(tài)與形態(tài)。研究提出，CSN5介導(dǎo)海洋硅藻高溫適應(yīng)的工作模型。CSN5通過調(diào)控蛋白周轉(zhuǎn)、光合作用、細胞分裂、膜轉(zhuǎn)運和形態(tài)穩(wěn)態(tài)，提升三角褐指藻對高溫環(huán)境的適應(yīng)能力。該研究從蛋白降解調(diào)控層面揭示了海洋硅藻適應(yīng)高溫的新機制，拓展了對海洋浮游藻類響應(yīng)高溫脅迫分子基礎(chǔ)的認識，也為耐高溫海洋硅藻藻株的定向培育提供了新的分子靶標。相關(guān)研究成果發(fā)表在The Plant Journal上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、山東省重點研發(fā)計劃等的支持。論文鏈接三角褐指藻CSN5基因?qū)Σ煌瑴囟忍幚淼谋磉_響應(yīng)CSN5介導(dǎo)的三角褐指藻高溫適應(yīng)生理響應(yīng)