通(tong)過(guo)實驗室(shi)適(shi)應進化(hua)增(zeng)強高(gao)光條(tiao)件(jian)下藍藻的光合(he)能(neng)力

FluorCam葉綠素(su)熒光成(cheng)像技術(shu)：通(tong)過(guo)實驗室(shi)適(shi)應進化(hua)增(zeng)強高(gao)光條(tiao)件(jian)下藍藻的光合(he)能(neng)力

光合(he)作用(yong)在(zai)高(gao)光下是很容易(yi)受損的，因(yin)此光合(he)有(you)機體需要(yao)進化(hua)出(chu)各種(zhong)策(ce)略來應對這壹問題(ti)。德(de)國慕(mu)尼(ni)黑(hei)大學與(yu)慕尼(ni)黑(hei)工業(ye)大學合作，通(tong)過(guo)實驗室(shi)適(shi)應進化(hua)顯(xian)著提(ti)高(gao)了藍藻Synechocystis的高(gao)光適(shi)應性(xing)。這壹研究(jiu)發表(biao)於(yu)2021年《Nature Plants》。

首(shou)先來說，這(zhe)壹研究(jiu)的第(di)壹個難點就(jiu)在(zai)於(yu)最(zui)初樣品(pin)處理時需要(yao)精確同步模擬(ni)不同(tong)光強(qiang)尤其(qi)是高(gao)光條(tiao)件(jian)，同(tong)時還要(yao)確保(bao)其(qi)他(ta)培養(yang)環(huan)境(jing)參(can)數壹致，如(ru)培養(yang)溫度、通(tong)氣等。MC1000 8通(tong)道藻類培養(yang)與(yu)在(zai)線監(jian)測(ce)系(xi)統則解決了這(zhe)壹問題(ti)。這壹系統每(mei)臺(tai)單(dan)機可實現(xian)8通(tong)道同步藻類培養(yang)，全LED光源(yuan)，最(zui)高(gao)光強(qiang)可達2500μmol/m²/s，可對每個培養(yang)試管(guan)的光強(qiang)進行(xing)獨立(li)調節(jie)控(kong)制(zhi)。除光強(qiang)以(yi)外(wai)，還能(neng)精確控(kong)制(zhi)溫(wen)度、光質、培養(yang)周期、CO₂濃度等培養(yang)條(tiao)件(jian)，模擬(ni)自然周(zhou)期變(bian)化(hua)，對培養(yang)溫度、光密度OD680和OD720（或(huo)OD730）在(zai)線實時監(jian)測(ce)。

本(ben)研(yan)究(jiu)中(zhong)，研(yan)究人員使(shi)用(yong)MC1000模擬(ni)了多種(zhong)高(gao)光強(qiang)與(yu)其(qi)他(ta)培養(yang)條(tiao)件(jian)，使(shi)藍藻在(zai)高(gao)光中(zhong)進行(xing)隨(sui)機突變(bian)與(yu)適應進化(hua)。

而(er)由(you)於(yu)隨(sui)機突變(bian)和適應進化(hua)，同壹批(pi)次(ci)培(pei)養(yang)液表現(xian)出了(le)很明顯(xian)的不均(jun)壹性(xing)。既然(ran)研(yan)究(jiu)的目(mu)標(biao)是獲得(de)在(zai)高(gao)光條(tiao)件(jian)下維持高(gao)光合(he)能(neng)力的突變(bian)株，那麽通(tong)過(guo)對突變(bian)株光合(he)能(neng)力來進行(xing)篩選(xuan)是必要(yao)的。FluorCam葉(ye)綠(lv)素(su)熒光成(cheng)像系(xi)統無(wu)疑是最合(he)適(shi)進行(xing)這壹工作的。通(tong)過(guo)最小熒光Fo的成(cheng)像檢(jian)測(ce)，篩選(xuan)出(chu)了更有(you)價值的藍藻克隆(long)進入(ru)下壹步實驗。

經(jing)過(guo)基因重(zhong)測(ce)序、系(xi)統發(fa)育(yu)分析(xi)等(deng)工作後(hou)最(zui)終獲(huo)得(de)了(le)具備高(gao)光耐受性(xing)的藍藻菌(jun)株(zhu)，還需進壹步驗證(zheng)其(qi)是否在(zai)高(gao)光下表現(xian)出更(geng)高(gao)的活(huo)力(li)。壹方面(mian)檢測(ce)其(qi)在(zai)高(gao)光下的生(sheng)物(wu)量(liang)，這同(tong)樣還是通(tong)過(guo)MC1000模擬(ni)不同(tong)光強(qiang)並(bing)同(tong)步監(jian)測(ce)OD730實現(xian)的；另(ling)壹方面(mian)是光合(he)活(huo)力(li)的檢(jian)測(ce)，FluorCam提供了(le)關鍵(jian)性(xing)的光合(he)活(huo)力(li)數據：最(zui)小熒光Fo和可變(bian)熒光Fv及(ji)成(cheng)像圖。

這壹研究(jiu)中(zhong)使(shi)用(yong)的實驗室(shi)適(shi)應進化(hua)方(fang)法能(neng)夠使(shi)光合(he)微(wei)生物(wu)應對變(bian)化(hua)的光照(zhao)條(tiao)件(jian)，這(zhe)可以用(yong)於(yu)輔(fu)助進化(hua)方(fang)法，未來則可以用(yong)於(yu)增(zeng)強作物(wu)的光合(he)穩(wen)定(ding)性(xing)。

在(zai)藻類光合(he)相(xiang)關研(yan)究中(zhong)，FluorCam葉綠素(su)熒光成(cheng)像技術(shu)與(yu)MC1000為代(dai)表(biao)的藻類智(zhi)能(neng)LED培養(yang)技術(shu)結(jie)合應用(yong)，已(yi)經(jing)取(qu)得(de)了(le)大量(liang)研究(jiu)成(cheng)果。

參(can)考(kao)文(wen)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

北京(jing)易(yi)科(ke)泰(tai)生(sheng)態技術(shu)公(gong)司提(ti)供(gong)藻類光合(he)表(biao)型(xing)研究(jiu)全(quan)面(mian)技術(shu)方(fang)案：

1.AquaPen、FluorCam葉綠素(su)熒光/多光譜熒光技術(shu)

2.SpectraPen/PolyPen、Specim高(gao)光譜測(ce)量(liang)技術(shu)

3.FKM多光譜熒光動(dong)態顯(xian)微(wei)成(cheng)像系(xi)統

4.FMT150藻類培養(yang)與(yu)在(zai)線監(jian)測(ce)系(xi)統

5.MC1000 8通(tong)道藻類培養(yang)系統

6.FL6000雙(shuang)調制式(shi)葉綠素(su)熒光測(ce)量(liang)系統

7.TL6000葉綠素(su)熱釋光測(ce)量(liang)系統

8.AlgaTech®高(gao)通(tong)量(liang)藻類表型(xing)成(cheng)像分析(xi)平(ping)臺(tai)