近日，中国科学院海洋研究所藻类与藻类生物技术团队在雨生红球藻不动细胞快速萌动分裂调控研究中取得新进展，发现该藻通过线粒体交替氧化酶（AOX）途径加快能量代谢，拉动物质代谢流快速运转，从而提高不动细胞快速萌动分裂的新机制。相关成果发表于国际TOP学术期刊Bioresource Technology。 红球藻作为生产天然虾青素的最佳生物来源而备受关注，以往研究多关注游动细胞转变为不动细胞并大量积累虾青素过程及其调控机制，鲜有对其细胞生长繁殖机制的深入探讨。海洋所藻类生物技术团队从不动细胞可快速萌动分裂释放多个游动细胞的现象入手研究，发现线粒体AOX途径活性在该过程发挥着重要调节作用。 在红球藻萌动分裂过程中，伴随着红色不动细胞内积累的碳水化合物和油滴分解，大量还原能NAD(P)H和FADH2产生。AOX在维持细胞氧化还原状态——NAD(P)+/NAD(P)H和GSSG/GSH中发挥重要平衡作用。偶联跨膜质子梯度的细胞色素（COX）途径可维持基本能量ATP产销平衡，而非磷酸化的AOX活性增加可快速消耗还原能，有效拉动呼吸代谢途径的快速运转，为细胞氨基酸、蛋白质和核苷酸合成提供更多的碳骨架底物。AOX途径的上调可抑制脱落酸合成与信号转导途径，从而促进激活系列代谢活动。AOX至少还额外提供部分ATP，满足萌动分裂过程的能量消耗；同时，伴随AOX上调产生的大量热量可有效提高胞内温度，更有利于各种酶活性的增加，进一步加快系列代谢途径的高效运转，有利于细胞分裂。 本研究与团队2022发表在《Bioresource Technology》的另一篇论文“A strategy for promoting carbon flux into fatty acid and astaxanthin biosynthesis by inhibiting the alternative oxidase respiratory pathway in Haematococcus pluvialis”一起，可为红球藻资源开发研究开辟新视角，有望为产业可持续发展提供新原理、技术和开发模式。 实验海洋生物学重点实验室硕士生李菁为论文第一作者，刘建国研究员为论文通讯作者，张立涛副研究员等参与了相关工作。研究得到了中国科学院B类战略性先导科技专项、山东省项目、国家自然科学基金等项目资助。 论文链接： Jing Li,Litao Zhang,Wenjie Yu,Mengjie Zhang,Feng Chen,Jianguo Liu*,Mitochondrial alternative oxidase pathway accelerates non-motile cell germination by enhancing respiratory carbon metabolism and maintaining redox poise in Haematococcus pluvialis,Bioresource Technology,2024,402:130729. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.130729   查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所藻类与藻类生物技术团队在小球藻资源高质化开发研究中取得新进展。团队研究发现亚硒酸钠不仅促进小球藻生长以及蛋白质和可溶性糖的含量，而且提高藻体中的硒蛋白含量和抗氧化酶系统活性。相关成果发表于TOP学术期刊Aquaculture。 硒是人体代谢必需的重要微量元素之一，但自然界的无机硒却具有很强的毒副作用，不能食用过量，相反有机硒不仅有较高的生物活性和生物利用率，食用也安全可靠。重要经济微藻小球藻因其生长速度快、蛋白含量高且对硒的结合率和转化率较高，具有富集有机蛋白硒的巨大潜力。以往研究重点关注无机硒对小球藻生长及光合作用等生理过程的影响，但对其产品品质的提升效果及其作用机制鲜有报道。 本研究表明，亚硒酸钠可增强小球藻呼吸代谢，促进三羧酸循环（TCA）和磷酸戊糖途径（PPP），可为细胞生长等生理过程提供充足能量，同时草酰乙酸和α-酮戊二酸等中间代谢产物为氨基酸合成前体，由此促进蛋白质合成、加快细胞生长。亚硒酸钠可促进糖异生过程，将更多的非糖物质转化为糖类，同时乙酰辅酶A合成酶基因表达上调，丙酮酸含量减少，使得更多的乙酸钠被转化为乙酰辅酶A，促进乙酸钠的同化。磷酸丝氨酰tRNA激酶在硒蛋白合成途径中起关键作用，其基因的高效表达，也意味着硒代半胱氨酸合成升高。  研究成果阐述了亚硒酸钠对异养小球藻的生理影响并诠释了相关机制，为小球藻资源高质化生产提供了新思路和新方法，有助于扩大小球藻在食品、医药保健和化妆品等行业领域的应用市场。 海洋研究所博士研究生上官晶晶为本研究论文第一作者，刘建国研究员为通讯作者，杨娜副研究员和张立涛副研究员为研究做出了重要贡献。研究得到了中国科学院B类战略性先导科技专项、山东省项目、黄河三角洲农业高新技术产业示范区科技项目等资助。 论文链接： Jingjing Shangguan,Na Yang,Litao Zhang,Yueming Li,Jianchun Xu,Xiuluan Xia,Bingzheng Xu,Jianguo Liu(2024)Sodium selenite enhances the production of functional proteins and biomass in Chlorella pyrenoidosa 038F by promoting acetate assimilation under heterotrophic cultivation.Aquaculture,https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.740987 查看详细>>

近日，中国科学院海洋研究所在Nature发表Correspondence（通讯）文章。文章指出，全球的大量陈旧基础设施可能存在重大隐患，近年来因腐蚀造成的桥梁、楼房垮塌等事故频发，造成严重人员伤亡，威胁社会公共安全。美国国际腐蚀工程师协会在2016年的研究报告中就已报道，每年腐蚀造成的全球经济损失高达2.5万亿美元。由中国科学院海洋研究所牵头、侯保荣院士任首席科学家的中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”也于2016年报道，我国2014年的腐蚀成本高达2.1万亿元人民币。 文章强调，人类基于现有的技术储备和专业知识已经能在一定程度上有效应对腐蚀问题，加之大数据共享支持，人类有能力控制腐蚀风险。然而，腐蚀成本研究报告发布以来，应对腐蚀损失和防治腐蚀灾害的进展十分缓慢，充其量仅仅是在发生事故后采取被动防护措施。文章号召工业界和政府联合起来，从技术和政策层面上共同应对材料腐蚀对社会造成的严重不良影响。 海洋研究所徐玮辰副研究员为文章第一作者，张瑞永研究员和段继周研究员为共同作者，海洋研究所特聘研究员、美国国际腐蚀工程师协会前主席Donald Terry Greenfield为通讯作者。中国科学院海洋研究所为文章唯一单位。 论文信息及链接： Weichen Xu,Ruiyong Zhang,Jizhou Duan,Donald Terry Greenfield*,Corrosion is aglobal menace to crucial infrastructure-act to stop the rot now,Nature,629,41(2024)doi:https://doi.org/10.1038/d41586-024-01270-7 查看详细>>

近日，自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室姚政权研究员、石学法研究员等和比利时鲁汶大学尹秋珍教授、中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂院士、南京大学陈天宇教授、中国科学院海洋研究所南青云研究员、俄罗斯科科学院远东分院太平洋研究所?Gorbarenko教授团队、瑞士洛桑大学?Jaccard教授等国内外科学家合作，在亚北极太平洋调控全球大气CO2变化机制研究方面取得新突破，研究成果以“冰盖和岁差控制的过去55万年以来亚北极太平洋生产力与上涌变化（Ice sheet and precession controlled subarctic Pacific productivity and upwelling over the last 550,000 years）”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。姚政权研究员为第一作者和通讯作者，石学法研究员和尹秋珍教授为共同通讯作者。 第四纪时期大气二氧化碳浓度表现出显著的冰期-间冰期旋回变化，其幅度最大可达100 ppmv，揭示其变化及机制一直是地球科学界关注的前沿科学问题。在过去的几十年中，科研人员对过去冰期旋回中大气二氧化碳浓度变化及机制进行了深入研究，基本确立了极地及亚极地高纬度海洋，特别是南大洋在调控大气二氧化碳浓度变化中的关键作用。然而，亚北极太平洋作为全球最大的呼吸碳库，在全球碳循环及大气二氧化碳浓度变化中的贡献并未受到足够的重视。 近年来，自然资源部第一海洋研究所科研人员通过与俄罗斯科科学院远东分院太平洋研究所科学家合作，对亚北极太平洋开展了联合调查研究。通过对取自西北太平洋皇帝海山一支长7.6 m的沉积岩芯（LV76-16-1）进行高分辨率年代学、沉积学、地球化学等综合分析研究，重建了过去55万年以来西北太平洋古生产力与海水上涌变化历史。研究结果显示，该区域生产力和上涌变化呈现显著的冰期-间冰期及轨道周期变化特征，不仅包含100 ka和40 ka周期，还具有显著的20 ka的岁差周期特征。结合数值模拟结果发现，冰盖变化与岁差是造成上述变化的主要控制因素。在间冰期气候温暖且北极夏季日照强烈时，北半球西风带增强和/或北移导致了亚北极太平洋区域富营养盐水体的上涌增强，从而促进了海洋初级生产力的增加。这一增强的上升流不仅提供了丰富的养分，还促使之前封存于北太平洋深海中的二氧化碳释放至大气中，进而显著影响了全球碳循环和气候变化。 研究说明在晚第四纪冰期旋回中，尤其是在2万年时间尺度上，北半球西风驱动的亚北极太平洋水体上涌过程对大气中二氧化碳浓度变化具有重要的调控作用。这一认识强调了亚北极太平洋在全球碳循环中的角色，对南大洋作为主要碳源的传统观点提出了挑战。该成果不仅填补了对亚北极太平洋在全球碳循环中作用的认识空白，也为应对未来全球变暖下的气候变化提供了重要的科学依据。 上述研究工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者攀登计划等项目的资助，这是自然资源部第一海洋研究所姚政权研究员和石学法研究员等继去年在亚洲季风与高低纬相互作用机制研究后（Yao et al.,2023,Nature Communications），在极地-亚极地高纬度海洋对全球气候影响研究方面取得的又一重要成果。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47871-8。 查看详细>>