華大在線訊（通訊員 李韌 朱瀟瀟）近日，生命科學學院邱保勝教授課題組在荒漠藍藻的耐干燥脫水研究方面取得重要進展，系列成果再次在《美國科學院院刊》發(fā)表（Xu HF, et al. 2025. Red-light signaling pathway activates desert cyanobacteria to prepare for desiccation tolerance. PNAS 122(12): e2502034122. https://doi.org/10.1073/pnas.2502034122）。

荒漠藍藻作為荒漠生態(tài)系統(tǒng)的先鋒拓殖生物，在荒漠化防治方面應用前景廣闊。有趣的是，荒漠藍藻極度耐受干燥脫水，它的營養(yǎng)細胞呈現(xiàn)出“干而不死”的典型生命特征。相比其他生態(tài)系統(tǒng)中的近緣物種，荒漠藍藻在長期演化過程中形成了一系列獨特的預測感知、信號轉導和細胞響應機制，使其能夠在惡劣的干旱環(huán)境下生存與繁衍。在荒漠生態(tài)系統(tǒng)中，非降雨型水分（如露水）的獲取和散失遵循晝夜節(jié)律，荒漠藍藻的生命活動也隨之分為四個階段：夜間吸收露水、黎明進行光合作用、清晨脫水干燥、白天進入生理休眠。然而，在干旱環(huán)境中，若等到水分完全散失后才采取應對措施，往往為時已晚。因此，荒漠藍藻需要具備強大的“環(huán)境預測”能力，感知外界信號并預判未來趨勢，以提前調整代謝狀態(tài)，提升自身的抗逆生存能力。這種“未卜先知”的生存策略對于荒漠藍藻至關重要，但其分子機制長期以來仍是未解之謎。

紅光信號觸發(fā)“預期保護反應”增強荒漠藍藻的耐干燥脫水能力

該研究發(fā)現(xiàn)，黎明時的紅光可作為關鍵的“環(huán)境預警信號”，觸發(fā)荒漠藍藻為即將到來的干燥脫水提前做好準備。實驗結果表明，在黎明紅光刺激下，光合作用相關基因（如psbAs和ftsH2）顯著上調表達，并受到轉錄因子NfSrr1的正向調控。同時，鑒定到紅光感受器NfPixJ與NfSrr1形成信號模塊，共同介導紅光信號傳導（圖1）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，NfPixJ-NfSrr1信號通路不僅調控光系統(tǒng)II的修復，還控制海藻糖和蔗糖等保護性兼容溶質的合成，幫助荒漠藍藻細胞維持滲透平衡（圖1）。這表明，紅光作為一種全局性環(huán)境信號，在荒漠藍藻耐干燥脫水中發(fā)揮核心調控作用。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，該紅光信號通路的存在與藍藻適應干旱環(huán)境的能力密切相關，它可使藍藻細胞在黎明時感受到紅光信號，提前激活耐干燥脫水機制，為水分散失做好準備，確保在極端環(huán)境中更具生存優(yōu)勢。這一發(fā)現(xiàn)不僅為光誘導的脅迫耐受預適應機制提供了新的生物學視角，也拓展了我們對光合生物環(huán)境適應策略的認知，同時也為荒漠化治理以及光控生物技術提供了新的研究思路。

該研究得到國家自然科學基金重點項目、面上項目與湖北洪山實驗室項目的資助。徐海鋒副研究員為論文第一作者，實驗室李任涵、白揚、左艾偉、趙蕾、崔樹仁等研究生，以及戴國政教授、尚金龍博士、馮桂芳等參與了研究工作。同時，華中農業(yè)大學端木德強教授、以色列希伯來大學Aaron Kaplan教授亦對該研究作出了重要貢獻。邱保勝教授為論文通訊作者，華中師范大學為論文的第一完成單位。

（審讀人：徐芬 萬翠紅）