近日，食品科學與工程學院（生物與醫藥學院）藻類生物技術與綠色開發團隊在物理化學領域一區TOP期刊Journal of Colloid and Interface Science（Q1，IF：9.965）發表題為“Transcriptome analysis reveals the molecular mechanisms by which carbon dots regulate the growth of Chlamydomonas reinhardtii”的研究論文。薛惠丹副教授作為論文第一作者和第一通訊作者，研究生董益貝為共同第一作者，陜西科技大學為第一作者和第一通訊作者單位，西北工業大學劉建喜副教授為共同通訊。該研究涉及了材料學和微生物學交互領域，揭示了碳點調節微藻生物量的分子機制，研究結果為擴大納米材料在微藻類生產、未來農業和資源方面的應用提供了理論支持。
目前，傳統農業生產面臨環境污染、耕地流失和人口激增等壓力，亟需挖掘新型方法滿足人類對高營養價值產品的需求。微藻作為可持續資源，可通過光合作用積累色素、蛋白質和其他副產品，已成為高價值生物產品的一種潛在替代品。碳點具有獨特的物理化學性質，是潛在的電子受體和供體。此外，其光學吸收和發射特性可精確調節，因此碳點的人工改善光合作用的能力已引起科學家越來越多的關注。然而，碳點對微藻的基因調控機制尚不清晰。本研究合成了紅光發射碳點，并將其應用于萊茵衣藻培養。結果表明0.5 mg/L的碳點作為光補充劑促進了萊茵衣藻的細胞分裂和生物量積累。碳點提高了PS II的能量傳遞、PS II的光化學效率以及光合電子傳遞，同時光合色素含量和其他胞內代謝產物（碳水化合物、蛋白質、脂質）合成被提高。此外，轉錄組分析檢測到1166個差異表達基因。結果表明碳點通過上調與細胞生長和死亡相關的基因的表達，促進染色體分離，加速有絲分裂過程和縮短細胞周期，從而使細胞生長速度加快。碳點通過上調光合作用電子傳遞相關基因，提高了光合能量轉換。碳水化合物代謝相關基因被調控，為檸檬酸循環提供更多可用的丙酮酸，導致代謝物積累增加和生物量增加。本研究為人工合成的碳點對微藻生物資源的基因調控提供了證據。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.06.049
（核稿：孫敏 編輯：劉倩）
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