暨南大学融媒体中心讯 近日，暨南大学生命科学技术学院吕颂辉/崔磊团队在海洋赤潮领域取得最新进展，研究成果以“Mechanisms of light harvesting complex proteins in photoprotection of the brown tide alga”为题，发表于Nature Communications上。论文首次揭示了海洋微型藻类通过其光捕获复合蛋白中的两个谷氨酸残基，实现对光强度变化的高效响应与光保护机制，在分子层面上为赤潮暴发的生态学机理研究开辟了新途径。

我国是继美国和南非之后第三个发生“褐潮”有害藻华的国家。其原因种抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）能在光线微弱又变化剧烈的河口海域迅速繁殖，形成大规模的褐潮，导致养殖贝类大量死亡，给我国渔业带来数以亿元计的直接经济损失，并严重破坏海洋生态环境。研究团队通过对褐潮频繁发生的我国秦皇岛海域进行长期生态监测，发现这种藻类具有强大的光适应能力。它们不仅能高效利用弱光，还能在强光下启动“光保护机制”，避免光损伤。

抑食金球藻的光环境生态分布特征

本研究发现这种褐潮生物具有11个特殊的光捕获复合蛋白，且都含有两个保守的谷氨酸残基。这两个氨基酸位于类囊体腔侧，像是一对“光感应开关”：在弱光下，它们保持静默；当光线增强，类囊体腔内变酸，这两个谷氨酸被质子化，引发蛋白质结构变化，进而启动非光化学淬火（NPQ），将多余光能转化为热量释放，保护光合系统不受损害。

抑食金球藻及其他藻类的光捕获蛋白（LHCs）的系统发育、进化和序列特征

研究团队将含有这两个谷氨酸的蛋白基因转入模式硅藻中跨物种表达。结果发现，转入正常基因的藻类在强光下NPQ显著增强，生长更好；而将谷氨酸突变后，这一优势消失，证实了这两个氨基酸在光保护中的关键作用。此外，通过体外纯化蛋白的结构生物学分析与分子动力学模拟，同样验证了这类关键蛋白的调控功能特征。

体外纯化光捕获蛋白的结构生物学特征与响应调控机制

分子动力学分析光捕获蛋白关键调控位点的响应特征

研究结果阐明该藻华生物不仅拥有62个光捕获蛋白基因（远超多数藻类），能高效捕获弱光；并通过其中含有类囊体腔侧谷氨酸的蛋白，实现对光强波动的高效响应。这种“双保险”机制，使抑食金球藻能够在光线多变的沿岸水域中占据绝对优势，成为褐潮暴发的“幕后推手”。研究不仅揭示了藻华生物的光适应分子机制，也为理解海洋微藻在复杂光环境中的生存策略提供了新思路。

暨南大学生命科学技术学院崔磊副研究员与博士研究生谢磊为本文共同第一作者，吕颂辉教授、崔磊副研究员、董悦镭副研究员与康涅狄格大学林森杰教授为本文共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金（42176142、41906111、41806127）和广东省重点研发计划（2023B1111050011）等项目的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66000-7

责编：陈国琼