大连理工大学孔凡涛团队发现新型嗜冷海洋绿藻及耐寒机制

低温是限制陆生植物及浮游植物地理分布的主要环境因素之一。在长期进化过程中，逐渐演化出了一批适应寒冷的生物，它们能够在这些持续寒冷的生态系统中生存并繁衍。微藻作为全球生态系统中至关重要的初级生产者，能够栖息于多种不同的生境。然而，目前对适应低温的海洋绿藻及其耐低温机制仍知之甚少。

近日，大连理工大学生物工程学院孔凡涛团队在国际植物学期刊 Plant Cell Reports 在线发表了题为 Mechanisms of cold adaptation in a novel marine eukaryotic phytoplankton—psychrophilic microalga Chlamydomonas sp. LWD‑1的研究论文。该研究从渤海分离的一种新型嗜冷衣藻LWD-1，揭示了LWD-1冷适应的分子生理机制。研究发现LWD-1通过协同调控膜脂组成、碳固定与脂合成通路，同时实现了低温适应与高效的产物积累。

研究团队针对渤海低温海域开展藻株分离筛选，成功获得一株未被报道的新型嗜冷绿藻LWD-1，其最适生长温度为10℃，15℃以上生长受抑、25℃下无法正常生长而致死。电镜观察发现，LWD-1细胞壁存在“类壳缝”结构，该特征在绿藻类群中系首次发现。

研究系统对比了LWD-1在最适低温（10 ℃）与适温对照（20 ℃）下的生理差异。培养至对数生长期后，低温组的藻细胞光合效率显著提升，生长状态更为稳定，而适温组的生长速率已开始下降。生理代谢分析表明，低温组的膜脂多不饱和脂肪酸、特征膜脂SQDG含量显著升高，有效维持了低温下的细胞膜流动性。储能化合物分析显示，低温组的淀粉与TAG含量分别提升 33.4% 与 17.7%。

转录组与蛋白组联合分析进一步从分子层面揭示了该藻冷适应的分子机制。低温处理下，该藻的碳固定、光合作用、甘油磷脂生物合成以及氮代谢相关基因均显著上调，为高效光合与代谢活动提供了分子支撑。研究同时鉴定到10个抗冻蛋白相关的差异基因，协同调控低温下的细胞稳态。代谢层面，该藻并未出现碳代谢堵塞，反而通过上调脂合成通路，将多余碳源转化为多不饱和脂肪酸与 TAG 储存，同时通过调整氨基酸代谢缓冲能量压力，形成了 “冷适应与产物积累协同推进” 的代谢调控策略。

综上所述，该研究揭示了新型嗜冷微藻冷适应的核心生理与分子机制，提出该藻的低温适应本质是 “膜稳态调控 + 碳代谢重编程” 的协同作用。这一发现不仅刷新了学界对嗜冷微藻生存策略的传统认知，也为低温环境下的微藻工业化生产、高值不饱和脂肪酸藻种的选育提供了重要的理论依据与核心种质资源。

大连理工大学为第一完成单位，辽宁省海洋水产科学研究院和法国艾克斯-马赛大学为论文合作单位。该研究得到了国家重点研发计划、辽宁省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目资助。

论文全文链接:

https://doi.org/10.1007/s00299-026-03813-w