黑暗培养下纤细裸藻(Euglena gracilis)的特殊蛋白质组学特征及其光暗代谢转换机制研究

研究人员针对光合微藻纤细裸藻(E. gracilis)在黑暗条件下的代谢适应机制展开研究，通过比较光/暗培养下的蛋白质组差异，发现162个差异表达蛋白，揭示了β-氧化途径增强、维生素B12介导的代谢调控等关键机制，为微藻异养培养技术开发提供了新见解。

　　

在微藻生物技术领域，纤细裸藻(Euglena gracilis)因其独特的光合与异养双重代谢能力备受关注。这种单细胞真核生物能通过叶绿体进行光合作用，也能在黑暗环境中利用有机碳源生存，这种代谢可塑性使其成为生物燃料和高价值化合物生产的理想候选。然而，黑暗条件下其代谢网络的重编程机制，尤其是蛋白质组的动态变化规律尚未完全阐明。

斯洛伐克科学院植物遗传与生物技术研究所（Institute of Plant Genetics and Biotechnology, Slovak Academy of Sciences）的研究团队在《Scientific Reports》发表的最新研究中，通过多组学联用策略揭示了黑暗培养下E. gracilis的特殊蛋白质组特征。研究发现，当从光照转入黑暗培养时，藻细胞不仅发生形态学改变（从长条形变为球形），更展现出深刻的代谢重构：叶绿素a含量骤降40倍，而应激标志物脯氨酸含量翻倍。这些现象暗示黑暗环境对藻细胞构成了显著的氧化压力。

研究采用的关键技术包括：基于Orbitrap Elite质谱的定量蛋白质组学（鉴定2449个蛋白）、光合色素分光光度测定、应激代谢物脯氨酸检测，以及KEGG代谢通路重建。实验使用CM培养基（含0.8%乙醇）进行7天光/暗对比培养，通过Label-Free Quantification(LFQ)技术量化蛋白质表达差异。

【不同表型在光照与黑暗条件下的表现】

显微镜观察显示，黑暗培养导致细胞运动能力显著下降，并伴随叶绿体退化。分光光度数据证实，黑暗组叶绿素a/b比值异常升高至16.6（正常约3），总类胡萝卜素含量下降3.8倍，这些变化与光合器官功能抑制直接相关。

【光合色素与脯氨酸的相反变化趋势】

蛋白质组PCA分析显示，黑暗组样本具有更高同质性，而光照组存在较大生物学变异，暗示光培养可能引发更复杂的代谢调控网络。

【黑暗培养引发大量防御相关蛋白积累】

应激响应蛋白中，3种谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和2种Hsp70分子伴侣显著上调。特别值得注意的是，过氧化物还原酶(Peroxiredoxin)的双向调节——一种亚型在黑暗组积累，另一种在光照组富集，反映了光暗条件对氧化还原平衡的不同需求。

【氨基酸和脂肪酸代谢的关键改变】

β-氧化途径的4种关键酶（包括L-3-羟基酰基-CoA脱氢酶和乙酰-CoA乙酰转移酶）在黑暗组显著积累，证实脂肪酸分解成为替代能源。同时，色氨酸合成途径的邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶(Anthranilate phosphoribosyltransferase)上调，为应激相关次生代谢物合成提供前体。

【次级代谢可能调控光/暗代谢转换】

最引人注目的发现是Corrinoid腺苷转移酶PduO的同源蛋白（EG_transcript_16043）在黑暗组的特异性表达。该酶催化维生素B₁₂转化为其辅酶形式腺苷钴胺素(AdoB₁₂)，类比细菌中光敏转录调控机制，提示E. gracilis可能通过类似途径感知光暗信号。

这项研究首次系统揭示了E. gracilis在异养条件下的代谢重塑蓝图：1）通过增强脂肪酸β-氧化解决能量危机；2）激活GST和Hsp70等防御系统抵抗氧化压力；3）可能利用维生素B₁₂衍生物作为光暗转换的分子开关。这些发现不仅深化了对原生生物代谢可塑性的认知，更为优化微藻异养培养工艺提供了靶点——例如通过调控AdoB₁₂水平可能实现培养模式的定向控制。未来研究可进一步验证PduO同源蛋白的功能，探索其在工业藻株代谢工程中的应用潜力。