Bryopsidales藻类与盗食质体海蛞蝓中状态转换功能的丧失及其光合适应机制研究

研究人员针对Bryopsidales藻类及其盗食质体海蛞蝓宿主缺乏传统光保护机制的现象，通过77 K叶绿素荧光测量和生理学实验，揭示了该类群藻类缺失状态转换（state transitions）的独特适应性，并发现海蛞蝓通过强制质体球形化实现长期光合功能维持。该研究为理解光合生物的进化适应与共生关系提供了新视角，成果发表于《Communications Biology》。

　　

在海洋生态系统中，一类名为Sacoglossa的海蛞蝓通过“盗食质体（kleptoplasty）”行为窃取藻类叶绿体并维持其功能数月，这一现象长期困扰科学家：为何脱离藻类核基因支持的叶绿体能在动物细胞中持续工作？更令人费解的是，海蛞蝓偏爱的“食物”——Bryopsidales目藻类，竟缺乏大多数绿藻共有的光保护机制，如叶黄素循环和能量依赖的过剩光能耗散（qE）。这些缺失如何影响藻类与宿主的共生关系？来自葡萄牙的研究团队在《Communications Biology》发表的研究给出了答案。

研究团队结合77 K低温叶绿素荧光分析、脉冲振幅调制（PAM）叶绿素荧光技术及共聚焦显微镜成像，系统比较了Bryopsidales藻类、其他Ulvophyceae藻类及盗食质体海蛞蝓的光合特性。通过特定光处理（660 nm红光和740 nm远红光）诱导状态转换，结合盐度胁迫实验和形态学分析，揭示了光合器官的结构与功能关联。

Bryopsidales藻类和盗食质体海蛞蝓缺乏状态转换能力
通过77 K荧光光谱分析，研究发现Bryopsidales藻类（如Bryopsis plumosa和Codium tomentosum）在红光（激发PSII）和远红光（激发PSI）处理后，PSI/PSII荧光比值无显著变化，表明其状态转换功能缺失。与之对比，其他Ulvophyceae藻类（如Acetabularia acetabulum）则表现出典型的状态转换响应。值得注意的是，以Bryopsidales为食的海蛞蝓（如Elysia viridis和Elysia crispata）同样丧失该功能，暗示这一特性源于藻类本身的进化缺失。

PQ库（plastoquinone pool）氧化还原状态与NPQ的异质性
qL参数（反映PSII反应中心开放程度）分析显示，Bryopsidales藻类在红光下PQ库显著还原（qL<0.5），但未触发非光化学淬灭（NPQ），而部分Ulvophyceae藻类（如A. acetabulum）则表现出强烈的NPQ响应。有趣的是，海蛞蝓盗食质体的PQ库氧化程度普遍高于其藻类来源，可能通过减少活性氧（ROS）产生提升光合稳定性。

盗食过程强制锁定状态1并重塑质体形态
通过喂养实验发现，即使预先用红光诱导藻类进入状态2，海蛞蝓摄入的质体仍迅速转为状态1，且该过程不受磷酸酶抑制剂NaF影响。共聚焦显微镜显示，藻类叶绿体形态多样，而海蛞蝓盗食质体均变为近完美球形（圆形度>0.9）。盐度实验进一步证实，A. acetabulum叶绿体在低渗（30 PPT）下肿胀变圆时，状态2向状态1逆转，提示结构变化直接导致功能改变。

球形化是功能性盗食质体的普遍特征
比较研究发现，功能性盗食质体海蛞蝓（如E. timida和E. viridis）的质体球形化程度显著高于非功能性物种（如Placida dendritica）。这种结构重塑可能增强质体机械稳定性，弥补状态转换缺失的缺陷，从而支持长期光合功能。

该研究首次揭示Bryopsidales藻类在进化中丢失状态转换的独特现象，并阐明海蛞蝓通过强制质体球形化实现光合器官功能重塑的共生策略。这不仅解释了特定藻类被选择为盗食质体“供体”的原因，也为人工改造光合系统提供了新思路。研究同时提出，结构简化可能是长期共生关系建立的关键，为理解细胞器演化与宿主-共生体互作开辟了新视角。