大連理工大學孔凡濤團隊發現新型嗜冷海洋綠藻及耐寒機制

低溫是限制陸生植物及浮游植物地理分布的主要環境因素之一。在長期進化過程中，逐漸演化出了一批適應寒冷的生物，它們能夠在這些持續寒冷的生態系統中生存并繁衍。微藻作為全球生態系統中至關重要的初級生產者，能夠棲息于多種不同的生境。然而，目前對適應低溫的海洋綠藻及其耐低溫機制仍知之甚少。

近日，大連理工大學生物工程學院孔凡濤團隊在國際植物學期刊 Plant Cell Reports 在線發表了題為 Mechanisms of cold adaptation in a novel marine eukaryotic phytoplankton—psychrophilic microalga Chlamydomonas sp. LWD?1的研究論文。該研究從渤海分離的一種新型嗜冷衣藻LWD-1，揭示了LWD-1冷適應的分子生理機制。研究發現LWD-1通過協同調控膜脂組成、碳固定與脂合成通路，同時實現了低溫適應與高效的產物積累。

研究團隊針對渤海低溫海域開展藻株分離篩選，成功獲得一株未被報道的新型嗜冷綠藻LWD-1，其最適生長溫度為10℃，15℃以上生長受抑、25℃下無法正常生長而致死。電鏡觀察發現，LWD-1細胞壁存在“類殼縫”結構，該特征在綠藻類群中系首次發現。

研究系統對比了LWD-1在最適低溫（10 ℃）與適溫對照（20 ℃）下的生理差異。培養至對數生長期后，低溫組的藻細胞光合效率顯著提升，生長狀態更為穩定，而適溫組的生長速率已開始下降。生理代謝分析表明，低溫組的膜脂多不飽和脂肪酸、特征膜脂SQDG含量顯著升高，有效維持了低溫下的細胞膜流動性。儲能化合物分析顯示，低溫組的淀粉與TAG含量分別提升 33.4% 與 17.7%。

轉錄組與蛋白組聯合分析進一步從分子層面揭示了該藻冷適應的分子機制。低溫處理下，該藻的碳固定、光合作用、甘油磷脂生物合成以及氮代謝相關基因均顯著上調，為高效光合與代謝活動提供了分子支撐。研究同時鑒定到10個抗凍蛋白相關的差異基因，協同調控低溫下的細胞穩態。代謝層面，該藻并未出現碳代謝堵塞，反而通過上調脂合成通路，將多余碳源轉化為多不飽和脂肪酸與 TAG 儲存，同時通過調整氨基酸代謝緩沖能量壓力，形成了 “冷適應與產物積累協同推進” 的代謝調控策略。

綜上所述，該研究揭示了新型嗜冷微藻冷適應的核心生理與分子機制，提出該藻的低溫適應本質是 “膜穩態調控 + 碳代謝重編程” 的協同作用。這一發現不僅刷新了學界對嗜冷微藻生存策略的傳統認知，也為低溫環境下的微藻工業化生產、高值不飽和脂肪酸藻種的選育提供了重要的理論依據與核心種質資源。

大連理工大學為第一完成單位，遼寧省海洋水產科學研究院和法國艾克斯-馬賽大學為論文合作單位。該研究得到了國家重點研發計劃、遼寧省自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金等項目資助。

論文全文鏈接:

https://doi.org/10.1007/s00299-026-03813-w