海洋研究所藻類生理學(xué)和發(fā)育調(diào)控研究組以小球藻為材料，發(fā)現(xiàn)了在培養(yǎng)體系中添加乙酸后高光條件可以顯著促進藻類的生長，從而揭示了植物光呼吸的新功能。
同位素標記、HPLC和蛋白質(zhì)組學(xué)研究結(jié)果表明，兼養(yǎng)藻類同化的碳主要來自乙酸根，其消耗量與生物量的積累正相關(guān)，且高光下乙醛酸循環(huán)和卡爾文循環(huán)相關(guān)酶含量顯著上調(diào)。通過代謝流比和定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，高光下藻類細胞葉綠體內(nèi)Rubisco催化的加氧反應(yīng)增強，產(chǎn)生的乙醛酸在過氧化物酶體中在蘋果酸合酶催化下與乙酰輔酶A（活化態(tài)的乙酸）縮合形成蘋果酸，進入到乙醛酸循環(huán)中，所產(chǎn)生的乙醛酸又在轉(zhuǎn)氨酶的作用下形成甘氨酸，后者進入到線粒體中氧化，釋放的CO2被上調(diào)的卡爾文循環(huán)重新固定。由于線粒體中甘氨酸氧化釋放的CO2主要來自于乙醛酸循環(huán)中固定的外源性乙酸，所以光呼吸途徑通過為乙醛酸循環(huán)提供底物（乙醛酸）以及為Rubisco提供CO2（甘氨酸氧化釋放的CO2）將有機碳的同化和無機碳同化（卡爾文循環(huán)）聯(lián)系在一起。這一代謝途徑充分利用原本耗能的光呼吸過程所產(chǎn)生的乙醛酸，將其用于外源性乙酸的同化過程中，實現(xiàn)高光下生物量的快速積累。
一般認為，盡管植物光呼吸有光保護功能，但是對于生物量的形成呈負面效應(yīng)。該研究成果卻發(fā)現(xiàn)在特定條件下光呼吸對于藻類生物量的形成有促進作用，也解釋了在逆境條件下添加有機碳源可以強化藻類相關(guān)生物合成的機制。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在New Phytologist（2015，doi: 10.1111/nph.13659）上，海洋所博士后解修俊、黃愛優(yōu)和顧文輝為共同第一作者。
圖例：細胞內(nèi)乙醛酸循環(huán)與卡爾文循環(huán)之間的代謝流
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.13659/full
