通過實驗室適應進化增強高光條件下藍藻的光合能力

FluorCam葉綠素熒光成像技術：通過實驗室適應進化增強高光條件下藍藻的光合能力

光合作用在高光下是很容易受損的，因此光合有機體需要進化出各種策略來應對這一問題。德國慕尼黑大學與慕尼黑工業(yè)大學合作，通過實驗室適應進化顯著提高了藍藻Synechocystis的高光適應性。這一研究發(fā)表于2021年《Nature Plants》。

首先來說，這一研究的第一個難點就在于最初樣品處理時需要精確同步模擬不同光強尤其是高光條件，同時還要確保其他培養(yǎng)環(huán)境參數(shù)一致，如培養(yǎng)溫度、通氣等。MC1000 8通道藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)則解決了這一問題。這一系統(tǒng)每臺單機可實現(xiàn)8通道同步藻類培養(yǎng)，全LED光源，最高光強可達2500μmol/m²/s，可對每個培養(yǎng)試管的光強進行獨立調(diào)節(jié)控制。除光強以外，還能精確控制溫度、光質(zhì)、培養(yǎng)周期、CO₂濃度等培養(yǎng)條件，模擬自然周期變化，對培養(yǎng)溫度、光密度OD680和OD720（或OD730）在線實時監(jiān)測。

本研究中，研究人員使用MC1000模擬了多種高光強與其他培養(yǎng)條件，使藍藻在高光中進行隨機突變與適應進化。

而由于隨機突變和適應進化，同一批次培養(yǎng)液表現(xiàn)出了很明顯的不均一性。既然研究的目標是獲得在高光條件下維持高光合能力的突變株，那么通過對突變株光合能力來進行篩選是必要的。FluorCam葉綠素熒光成像系統(tǒng)無疑是最合適進行這一工作的。通過最小熒光Fo的成像檢測，篩選出了更有價值的藍藻克隆進入下一步實驗。

經(jīng)過基因重測序、系統(tǒng)發(fā)育分析等工作后最終獲得了具備高光耐受性的藍藻菌株，還需進一步驗證其是否在高光下表現(xiàn)出更高的活力。一方面檢測其在高光下的生物量，這同樣還是通過MC1000模擬不同光強并同步監(jiān)測OD730實現(xiàn)的；另一方面是光合活力的檢測，FluorCam提供了關鍵性的光合活力數(shù)據(jù)：最小熒光Fo和可變熒光Fv及成像圖。

這一研究中使用的實驗室適應進化方法能夠使光合微生物應對變化的光照條件，這可以用于輔助進化方法，未來則可以用于增強作物的光合穩(wěn)定性。

在藻類光合相關研究中，FluorCam葉綠素熒光成像技術與MC1000為代表的藻類智能LED培養(yǎng)技術結合應用，已經(jīng)取得了大量研究成果。

參考文獻：

1.Dann? M, et al. 2021. Enhancing photosynthesis at high light levels by adaptive laboratory evolution. Nature Plants 7: 681–695

2.Berteotti S, et al. 2016. Increased biomass productivity in green algae by tuning non-photochemical quenching. Scientific Reports 6:21339

3.Perozeni F, et al. 2018. LHCSR Expression under HSP70/RBCS2 Promoter as a Strategy to Increase Productivity in Microalgae. Int. J. Mol. Sci. 19: 155

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