隨著“雙碳”目標的推進，微藻固碳因兼具環(huán)境友好性與資源化潛力，成為碳捕集與利用領(lǐng)域的研究熱點。低溫等離子體誘變作為一種新型誘變技術(shù)，在微生物育種領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，但該技術(shù)作用于微藻的誘變機制、氧化損傷機理仍缺乏系統(tǒng)解析。

等離子體所陳根團隊沈潔副研究員圍繞等離子體誘變微藻育種及二氧化碳固定開展系列研究，在誘變機制解析、氧化損傷機理方面取得重要突破。相關(guān)成果分別發(fā)表于國際期刊Bioresource Technology、Biotechnology and Bioengineering及Cell Biochemistry and Function上，為微藻高效固碳技術(shù)發(fā)展提供了理論支撐與技術(shù)參考。

課題組開展低溫等離子體高效固碳小球藻突變株篩選與固碳機制研究，利用低溫等離子體誘變技術(shù)，成功篩選固碳效率顯著提升的突變株。通過光合性能表征、轉(zhuǎn)錄組測序等多維度分析，揭示了等離子體誘變的核心機制：等離子體產(chǎn)生的活性粒子通過調(diào)控中心碳代謝通路關(guān)鍵基因的表達，上調(diào)光合固碳相關(guān)酶的活性，實現(xiàn)突變株固碳率與氮同化效率的協(xié)同提升。該研究為等離子體誘變微藻育種的分子機制、微藻固碳技術(shù)研究提供了基礎(chǔ)。

在等離子體對小球藻氧化損傷機制研究方面，課題組聚焦氣液相等離子體與小球藻的相互作用，系統(tǒng)解析了等離子體對微藻氧化損傷機理。等離子體在水溶液引發(fā)活性氧（ROS）與活性氮（RNS），可穿透細胞膜，引發(fā)脂質(zhì)過氧化、DNA鏈斷裂及光合系統(tǒng)損傷，同時誘導(dǎo)細胞內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的應(yīng)激響應(yīng)。

針對等離子體誘變技術(shù)發(fā)展與展望，課題組系統(tǒng)梳理了等離子體誘變技術(shù)原理、應(yīng)用進展及瓶頸問題。該綜述重點闡述了等離子體誘變通過物理、化學(xué)及電磁效應(yīng)引發(fā)微生物DNA損傷與突變的作用機制，總結(jié)了其在微藻、細菌、真菌等多種微生物育種中的應(yīng)用案例，并展望了技術(shù)未來的發(fā)展方向。該綜述獲得國內(nèi)外同行關(guān)注，被選為高被引文章。

上述研究工作受到了國家自然科學(xué)基金（No. 51877208）和中國科學(xué)院湖北省科技合作專項的資助。

論文1鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852425010971

論文2鏈接：

https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bit.70071

論文3鏈接：

https://analyticalsciencejournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cbf.3991

Recent progress of atmospheric and room-temperature plasma as a new and promising mutagenesis technology被選為高被引文章

等離子體誘變微藻固碳示意圖