海洋硅藻CO2浓缩机制与Rubisco对大气CO2浓度升高和海洋升温的响应及其机制研究
批准号:
42076109
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
夏建荣
依托单位:
学科分类:
生物海洋学与海洋生物资源
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
夏建荣
中文摘要
大气CO2浓度升高和海洋升温是全球关注的重大环境问题。海洋硅藻光合作用如何响应和适应环境变化与其CO2浓缩机制(CCM)和核酮糖-1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)密切相关,但目前CCM和Rubisco对大气CO2浓度升高和升温的进化性响应及其机制尚不明晰。本项目以三角褐指藻为实验材料,设置不同CO2浓度(400和1000ppm)和温度(15-25℃)实验,通过短期或长期培养,利用膜进样质谱等技术研究CCM效率的变化;从生化和转录水平厘清大气CO2浓度升高和升温对碳酸酐酶和Rubisco的活性、蛋白量和转录丰度的短期和长期效应,探讨CCM、碳酸酐酶和Rubisco的协同性。通过以上研究阐明海洋硅藻CCM和Rubisco对大气CO2浓度升高和升温的响应机制,揭示CCM和Rubisco在光合作用碳获取和固定中的协同策略,为预测和评估未来全球气候变化对海洋初级生产力的影响提供科学依据。
英文摘要
The increase of atmospheric CO2 concentration and marine warming has raised global concern. How the photosynthesis of marine diatoms responds to and adapts to this change is closely related to CO2 concentrating mechanism (CCM) and ribulose-1,5-diphosphate carboxylation/oxygenase (Rubisco). However, the evolutionary response to elevated atmospheric CO2 and marine warming on CCM and Rubisco are yet unclear. In this project, Phaeodactylum tricornutum was cultured in the different CO2 concentrations (400 and 1000 ppm) and temperature (15-25 ° C) for short or long-term to investigate the changes of CCM efficiency using membrane injection mass spectrometry. We also study the short and long-term effects of atmospheric CO2 concentration rise and marine warming on the activity, protein amount, and transcriptional abundance of carbonic anhydrase and Rubisco from the biochemical and transcriptional levels, and explore the synergy among CCM, carbonic anhydrase and Rubisco. From the above research, the response of CCM and Rubisco in marine diatoms to the increase of atmospheric CO2 concentration and marine warming was clarified, and the synergetic strategy of CCM and Rubisco in photosynthetic carbon acquisition and fixation was also revealed, which provide a scientific evidence to predict and evaluate the impact of global climate change on the marine primary productivity in future.
大气CO2浓度升高(海洋酸化)和海洋升温是全球关注的重大环境问题,但目前海洋浮游硅藻光合固碳对大气CO2浓度升高和升温的响应及其机制尚不明晰。本项目以常见海洋硅藻三角褐指藻等为实验材料,通过生理生化测定并结合组学技术研究了三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum) 和威氏海链藻 (Thalassiosira weissflogii)对大气CO2浓度升高和升温响应与适应的生理学与分子机制,主要结果如下:.1、三角褐指藻在适应长期高CO2浓度的过程中光合速率的降低仅是与RuBP原料供应下调有关,而与Rubisco蛋白含量无关。同时在高CO2浓度下, 与藻细胞能量转化过程相关部分蛋白的下调也可能影响能量的分配,进而影响CO2浓缩机制(CCM)的运行和藻细胞的生长。.2、大气CO2浓度升高和升温条件下,三角褐指藻胞外碳酸酐酶活性下降,Rubisco活性增强,便于调整CCM机制效率;同时遗传多样性损失变小,表明升温驱动的进化受到高CO2浓度的限制。通过整合基因组学、转录组学和生理学数据显示这种限制的潜在分子基础与参与一些关键代谢途径或生物过程的基因表达有关;此外DNA甲基化可能影响基因转录水平以共同驱动三角褐指藻对海洋酸化与升温的适应。.3、升温和大气CO2浓度升高明显增加威氏海链藻差异基因的表达,两者的影响存在明显的协同作用;同时核糖体生物合成相关的途径被上调,以满足升温或升温与高CO2浓度耦合后增加的物质和能量需求(特别是CCM机制运行的能量需求和Rubisco的合成)。威氏海链藻对海洋酸化和升温的适应揭示了两者之间相互的制约和权衡。 . 以上研究阐明了海洋浮游硅藻光合固碳对大气CO2浓度升高和升温的响应与适应机制,为预测和评估未来全球气候变化对海洋初级生产力的影响提供科学依据。
全球变化背景下海洋浮游硅藻CO2的泄漏及其调控机制研究
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批准号:32371678
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:夏建荣
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依托单位:
海洋硅藻高效固碳的酶促协同机制研究
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批准号:41376156
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2013
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负责人:夏建荣
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依托单位:
海洋浮游硅藻碳酸酐酶的环境调控机制研究
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批准号:40976078
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项目类别:面上项目
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资助金额:45.0万元
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批准年份:2009
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负责人:夏建荣
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依托单位:
海洋浮游硅藻碳酸酐酶的诱导、定位及其性质研究
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批准号:40676079
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项目类别:面上项目
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资助金额:33.0万元
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批准年份:2006
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负责人:夏建荣
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依托单位:
国内基金
海外基金