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近日，海洋所藻类与藻类生物技术团队在诠释氮调控雨生红球藻不动细胞休眠与萌动分裂转换机制研究上取得新进展，成果发表在国际期刊Bioresource Technology上。研究为红球藻资源开发提供了原理技术，也为理解季节或周期性休眠与爆发的浮游真核微藻繁殖消长规律以及赤潮形成机制提供了新思路。

雨生红球藻是国际上商业化开发利用的重要单细胞绿藻，具有明显的游动细胞和不动细胞相互转换的过程，并伴随着虾青素大量积累或细胞快速繁殖。以往研究多关注红球藻不动细胞形成和虾青素积累，但对其细胞休眠与萌动分裂之间转换的代谢规律和调节适应机制知之甚少。海洋所研究率先揭示了氮丰度调控红球藻游动和不动细胞的休眠与萌动分裂的相互转化，具体程序过程如下（图1）：

当环境氮源丰足时，（1）细胞启动氮同化程序合成氨基酸，并成为拉动呼吸代谢的引擎，快速消耗三羧酸循环所产生的α-酮戊二酸等碳骨架和还原力NADH/FADH?，从而强力拉动了储存的碳水化合物进入呼吸分解代谢，形成"氮碳协同"的物质能量流的转换枢纽。（2）呼吸代谢产生的NADH/FADH?进入电子传递链（ETC），氧化产能满足氮同化能量需求，同时电子流也通过ETC导致ROS的产生；而ROS作为信号激活开关，进一步激活代谢并成为触发萌动分裂的信号。（3）充足的氮供应保障嘌呤/嘧啶核苷酸合成的平衡，保证DNA的高效复制与细胞分裂的顺利进行。

氮丰度调控雨生红球藻萌动分裂-休眠转换的机制图

相反，在缺氮条件下，红球藻嘧啶核苷酸代谢通路中的乳清酸、UMP和尿嘧啶含量显著上升，而嘌呤代谢通路中的IMP、AMP、GMP、腺苷、脱氧腺苷和次黄嘌呤含量却显著下降，核苷酸限制联合嘌呤/嘧啶的失衡共同限制了细胞分裂过程，导致细胞呈休眠状态；一旦氮源丰足，该限制解除并重新启动上述的氮激活细胞分裂的程序。

海洋所所实验海洋生物学重点实验室博士生李菁为论文第一作者，刘建国研究员为通讯作者，张立涛副研究员和于文杰特别研究助理等参与了相关工作，研究得到了中国科学院B类战略性先导科技专项和国家自然科学基金等项目资助。

论文信息：

Jing Li, Litao Zhang, Wenjie Yu, Feng Chen, Anatoly A. Tsygankov, Jianguo Liu*, Transition between germination and dormancy for non-motile cells of Haematococcus pluvialis: dependence on nitrogen availability through metabolic flux of amino acids and nucleotides, Bioresource Technology, 2025, 434:132818.

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2025.132818