近日，食品科學(xué)與工程學(xué)院（生物與醫(yī)藥學(xué)院）藻類生物技術(shù)與綠色開發(fā)團(tuán)隊在物理化學(xué)領(lǐng)域一區(qū)TOP期刊Journal of Colloid and Interface Science（Q1，IF：9.965）發(fā)表題為“Transcriptome analysis reveals the molecular mechanisms by which carbon dots regulate the growth of Chlamydomonas reinhardtii”的研究論文。薛惠丹副教授作為論文第一作者和第一通訊作者，研究生董益貝為共同第一作者，陜西科技大學(xué)為第一作者和第一通訊作者單位，西北工業(yè)大學(xué)劉建喜副教授為共同通訊。該研究涉及了材料學(xué)和微生物學(xué)交互領(lǐng)域，揭示了碳點(diǎn)調(diào)節(jié)微藻生物量的分子機(jī)制，研究結(jié)果為擴(kuò)大納米材料在微藻類生產(chǎn)、未來農(nóng)業(yè)和資源方面的應(yīng)用提供了理論支持。
目前，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨環(huán)境污染、耕地流失和人口激增等壓力，亟需挖掘新型方法滿足人類對高營養(yǎng)價值產(chǎn)品的需求。微藻作為可持續(xù)資源，可通過光合作用積累色素、蛋白質(zhì)和其他副產(chǎn)品，已成為高價值生物產(chǎn)品的一種潛在替代品。碳點(diǎn)具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，是潛在的電子受體和供體。此外，其光學(xué)吸收和發(fā)射特性可精確調(diào)節(jié)，因此碳點(diǎn)的人工改善光合作用的能力已引起科學(xué)家越來越多的關(guān)注。然而，碳點(diǎn)對微藻的基因調(diào)控機(jī)制尚不清晰。本研究合成了紅光發(fā)射碳點(diǎn)，并將其應(yīng)用于萊茵衣藻培養(yǎng)。結(jié)果表明0.5 mg/L的碳點(diǎn)作為光補(bǔ)充劑促進(jìn)了萊茵衣藻的細(xì)胞分裂和生物量積累。碳點(diǎn)提高了PS II的能量傳遞、PS II的光化學(xué)效率以及光合電子傳遞，同時光合色素含量和其他胞內(nèi)代謝產(chǎn)物（碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)）合成被提高。此外，轉(zhuǎn)錄組分析檢測到1166個差異表達(dá)基因。結(jié)果表明碳點(diǎn)通過上調(diào)與細(xì)胞生長和死亡相關(guān)的基因的表達(dá)，促進(jìn)染色體分離，加速有絲分裂過程和縮短細(xì)胞周期，從而使細(xì)胞生長速度加快。碳點(diǎn)通過上調(diào)光合作用電子傳遞相關(guān)基因，提高了光合能量轉(zhuǎn)換。碳水化合物代謝相關(guān)基因被調(diào)控，為檸檬酸循環(huán)提供更多可用的丙酮酸，導(dǎo)致代謝物積累增加和生物量增加。本研究為人工合成的碳點(diǎn)對微藻生物資源的基因調(diào)控提供了證據(jù)。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.06.049
（核稿：孫敏 編輯：劉倩）
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