近日，我院邱保胜课题组在荒漠蓝藻的光合作用研究领域又取得重要突破。相关成果第三次登上《美国科学院院刊》，论文题目为“Nocturnal hydration prepares desert cyanobacteria for dawn light harvesting by inducing phycoerythrin synthesis”（https://doi.org/10.1073/pnas.2601363123）。
在干旱的荒漠中，蓝藻堪称“先锋生物”。这些荒漠蓝藻拥有“干而不死”的顽强生命力，能耐受极度的干燥脱水，因此在防治荒漠化方面潜力巨大。荒漠中水源极为稀缺，蓝藻主要依靠夜间微量的水分补给（如露水）短暂“苏醒”，而一旦日出后气温上升、光照变强，水分便迅速蒸发，它们又不得不进入“休眠”状态。因此，荒漠蓝藻真正能够进行光合作用的时间，往往只有黎明时分那转瞬即逝的“光-水共存窗口”。如何在这宝贵的时间内高效进行光合作用，成为它们生存与繁衍的关键。
课题组此前研究已发现，黎明时分的红光可作为预警信号，帮助荒漠蓝藻提前“备战”即将到来的干燥脱水（Xu HF, et al. 2025. PNAS 122: e2502034122）。而这项最新研究进一步揭示，荒漠蓝藻的“备战”行动其实开始得更早。在夜间吸水后，它们就已经悄悄为黎明的光合作用做起了准备（图1）。
具体来说，名为“发菜”的荒漠蓝藻在夜间吸水后会启动一种“色适应”机制，诱导藻红蛋白的合成，从而优化在弱光下的光能捕获能力。研究团队通过遗传分析发现，一个名为 SigB1的关键调控因子在此过程中不可或缺，它与激活因子CpeR1协同工作，共同调节捕光机构的合成，提升对微弱晨光的利用效率。有意思的是，过去科学界通常认为蓝藻的这类色适应主要由光质调控。但本研究显示，在黎明到来之前，荒漠蓝藻吸水后相关基因就已经被大量诱导表达，说明夜间水分信号在此过程中扮演了关键角色。进一步机制剖析发现，一个上游的转录因子Hrr1会在细胞夜间吸水后被诱导表达，进而打开SigB1/CpeR1通路，启动藻红蛋白的合成。
更有趣的是，研究还发现 SigB1同时也受经典的色适应调控系统RcaEFC控制。也就是说，夜间水分负责“提前启动”藻红蛋白合成，而黎明红光则负责“及时叫停”，让荒漠蓝藻转而“备战”后续的干燥脱水。这样一套由水分和光信号精细协调的机制，使得荒漠蓝藻能在极短的“光-水窗口”内实现光能捕获效率的最大化。这项研究不仅揭示了荒漠蓝藻在极端环境下的精妙生存策略，也为未来作物耐旱品种改良、荒漠生态修复等提供了新的科学线索。
本研究由国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目及湖北洪山实验室项目提供资助。我校博士生白扬与徐海锋副研究员为论文共同第一作者，研究生李任涵、左艾伟、刘葛檐、张晋，以及戴国政教授、刘珂教授、于晨博士参与了研究工作。同时，以色列希伯来大学Aaron Kaplan教授亦对该研究作出了重要贡献。邱保胜教授和徐海锋副研究员为论文共同通讯作者，论文第一完成单位为华中师范大学。
图1. 荒漠蓝藻夜间吸水备战黎明弱光捕获的分子机制
图文来源：邱保胜课题组
初审初校: 李韧
复审复校：万翠红
终审终校：邱保胜
