海洋酸化下红藻代谢组学：长心卡帕藻应对高 pCO2的机制解析

《Journal of Applied Phycology》：Metabolomic profiling of a red alga, Gracilaria changii, under current ambient and elevated pCO2 levels using an untargeted gas chromatography-mass spectrometry (GC–MS) approach

为探究大气 pCO2升高对海洋生物的影响，研究人员利用非靶向气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）技术及生理生化分析，对长心卡帕藻（Gracilaria changii）展开研究。结果发现高 pCO2虽未促进其生长，但增强了光合碳同化，还影响了代谢物和氨基酸合成途径，对理解海洋生物适应环境变化意义重大。

　　代谢组学能够为生物体生物过程的最终阶段提供有价值的见解，并且在环境监测方面具有广阔的前景。由于工业化进程，人为产生的 CO₂含量不断上升，预计到 2100 年，大气中 pCO₂水平将超过 1000ppm。海洋大约吸收了这部分增加的 CO₂的 30%，这改变了海水的化学性质，降低了 pH 值。在本研究中，研究人员运用非靶向气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）技术，辅以生理生化分析，探究了高 pCO₂对红藻长心卡帕藻（Gracilaria changii）的生长、光合作用、琼脂产量和质量，以及代谢物组成的影响。虽然高 pCO₂并未提高长心卡帕藻的生长速率，但光合电子传递速率的增加表明光合碳同化作用增强了。多余的光合产物并没有用于新组织的生长，而是被用于其他细胞过程，比如在环境中 H⁺过量的情况下，通过输出质子来调节细胞内的 pH 稳态。胸腺嘧啶成为受高 pCO₂影响的关键代谢物。通路分析揭示了高 pCO₂对长心卡帕藻氨基酸合成途径有显著影响。在较高 pCO₂条件下培养的藻体中，多巴胺和谷氨酸等在应激反应中被激活且具有抗病原生物活性的化合物浓度有所增加。热图分析表明，对于在较高 pCO₂环境下培养的长心卡帕藻来说，第 3 天（d-3）是一个转折点，此时大型海藻开始调节自身代谢物，以缓解高 pCO₂带来的非生物胁迫，并维持基本的代谢功能。