让藻类植物为民所用记深圳大学生命与海洋科学(2)

氢气作为世界上最清洁的能源，是唯一能真正做到“零排放”的可再生能源。20世纪40年代，研究者发现绿藻存在光合放氢现象。然而经大量研究发现：因绿藻氢酶受光合放氧的抑制，在自然条件下藻细胞持续光合放氢时间只能维持几秒到几分钟。如何破解绿藻持续光合放氢的瓶颈，科学家们一直在探索。

2000年，研究人员发现莱茵衣藻在缺硫环境下能够持续放氢70小时以上。那么，这是一条可行的绿藻光合制氢产业应用的道路吗？怀抱将绿藻光合制氢推向产业应用的愿望，胡章立开启了寻找新突破的艰难旅程。他带领课题组先后对莱茵衣藻缺硫胁迫的小RNA组学、转录组学和蛋白组学进行了深入系统的研究，发现一些microRNAs（如等）能参与莱茵衣藻光合系统Ⅱ活性的调控，并进一步研究发现，这些miRNAs调控的靶基因（OEE2、D1等）均为PSII复合体的组成蛋白。由此，他们提出了一个大胆的设想：能否通过诱导microRNAs的表达来替代缺硫培养，从而使绿藻细胞能够持续放氢？这意味着：他们将走一条前无古人的创新之路。

心中有光，便不惧道阻且长。胡章立带领课题组排除万难，从细微处着手，他们惊奇地发现：间断诱导miRNAs高表达会导致OEE2的表达水平间断下调，从而使藻细胞持续光合放氢时间达到72小时以上。这一新发现最终将他们的设想落在了实处。

紧接着，在莱茵衣藻细胞内源性miRNAs中哪些能够用于转基因生物反应器的构建？如何诱导调控内源miRNAs或人工miRNAs在莱茵衣藻细胞中的间断表达？间断诱导miRNAs表达的环境条件、强度与时间等参数怎么控制？与缺硫放氢相比较，构建的莱茵衣藻转基因生物反应器的产氢效率如何……伴随着一连串问题被逐一攻破，胡章立及其团队终于发现解决绿藻细胞不能连续放氢重大基础问题的新途径，这将会大大促进绿藻光合制氢技术的产业化应用。

宝剑锋从磨砺出，20多年来，胡章立带领的研究小组早已不记得度过了多少个不眠之夜，也早已数不清做了多少次的实验。“创新之路本艰险，有梦想就有动力”，怀抱科研用到实处的梦想，他们的衣藻“光合细胞工厂”研究之路还会在一路探寻一路收获的跋涉中继续向前延伸。

破解植物及藻类逆境感受密码

藻类及植物在地球上生存了上亿年，其身影遍布地球各个角落。是什么让它们生命力如此顽强？它们对逆境的感受与抗性分子机制是怎样的？如何应对有害藻类水华的泛滥……一连串的问题有待研究者们一一揭晓。

胡章立与植物及藻类的抗逆研究颇有渊源，无论是硕士阶段研究干旱胁迫对玉米生长部位的影响，还是博士阶段研究微藻空间生物学效应，提出杜氏盐藻感受微重力胁迫的机制模型……相关研究为他之后的深入拓展夯实了基础。

植物的生长有赖于环境，为了生存，它们需要应对环境的持续变化，包括不利于植物生长和发育的胁迫环境。据了解，世界上超过6%的土地面积和大约20%的耕地受到盐害威胁且逐年增加。过量的盐分不利于植物的生长发育，会导致农业的损失和植物生态系统的严重恶化。在过去的30多年里，科学家们一直致力于寻找植物盐感受器基因。为了找到这个关键所在，胡章立与20多年前的老同事再次携手，率领团队从寻找植物细胞感知盐胁迫的受体基因出发，解码植物感应盐胁迫信号的分子机制。多年探索，终有所成：2019年7月31日，他们关于植物盐感受器GIPC及其机制的研究成果以长文形式在Nature上发表。值得一提的是，Nature还同期刊发了题为“How plants perceive salt”的评论文章，对研究进行了深度报道。相关研究获得了国内外同行的广泛关注和赞誉。

除了盐胁迫，藻类及植物对重金属等的逆境感受和抗性机制也有待挖掘。胡章立在香港城市大学生物及化学系进行博士后研究期间就在相关方面有了坚实的积累。此后，针对植物对重金属逆境感受，他与本领域国内顶尖团队合作，发现细胞数目调节蛋白（CNR）能够作为金属转运体调控植物体内的重金属转运与累积分布，提高作物籽粒中锌及锰等微量元素含量的同时能够降低镉等重金属累积，为抗性农作物遗传改良提供了理论基础与技术途径；同时他们还发现重金属——镉对小麦的毒性及作用机制。相关研究成果于2019年1月和4月分别在环境生物学顶级刊物Environmental Science & Technology和Journal of Hazardous Materials等刊物上发表。

在藻类及植物抗逆研究领域，凭着扎实的科研实绩，胡章立为自己和团队打开了一扇通往更广阔探索天地的大门。带着探索藻类与植物奥妙的好奇心，他们向更多、更广的领域进军，但不管研究什么，他们都坚持一颗将研究用在实处的初心。

文章来源：《海洋科学》 网址: http://www.hykxzz.cn/qikandaodu/2021/0226/522.html