近日，食品科学与工程学院（生物与医药学院）藻类生物技术与绿色开发团队在物理化学领域一区TOP期刊Journal of Colloid and Interface Science（Q1，IF：9.965）发表题为“Transcriptome analysis reveals the molecular mechanisms by which carbon dots regulate the growth of Chlamydomonas reinhardtii”的研究论文。薛惠丹副教授作为论文第一作者和第一通讯作者，研究生董益贝为共同第一作者，华体（中国）为第一作者和第一通讯作者单位，西北工业大学刘建喜副教授为共同通讯。该研究涉及了材料学和微生物学交互领域，揭示了碳点调节微藻生物量的分子机制，研究结果为扩大纳米材料在微藻类生产、未来农业和资源方面的应用提供了理论支持。
目前，传统农业生产面临环境污染、耕地流失和人口激增等压力，亟需挖掘新型方法满足人类对高营养价值产品的需求。微藻作为可持续资源，可通过光合作用积累色素、蛋白质和其他副产品，已成为高价值生物产品的一种潜在替代品。碳点具有独特的物理化学性质，是潜在的电子受体和供体。此外，其光学吸收和发射特性可精确调节，因此碳点的人工改善光合作用的能力已引起科学家越来越多的关注。然而，碳点对微藻的基因调控机制尚不清晰。本研究合成了红光发射碳点，并将其应用于莱茵衣藻培养。结果表明0.5 mg/L的碳点作为光补充剂促进了莱茵衣藻的细胞分裂和生物量积累。碳点提高了PS II的能量传递、PS II的光化学效率以及光合电子传递，同时光合色素含量和其他胞内代谢产物（碳水化合物、蛋白质、脂质）合成被提高。此外，转录组分析检测到1166个差异表达基因。结果表明碳点通过上调与细胞生长和死亡相关的基因的表达，促进染色体分离，加速有丝分裂过程和缩短细胞周期，从而使细胞生长速度加快。碳点通过上调光合作用电子传递相关基因，提高了光合能量转换。碳水化合物代谢相关基因被调控，为柠檬酸循环提供更多可用的丙酮酸，导致代谢物积累增加和生物量增加。本研究为人工合成的碳点对微藻生物资源的基因调控提供了证据。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.06.049
（核稿：孙敏 编辑：刘倩）
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