藻类对温度胁迫响应机制的国内外研究进展

李恬静薇，邹潇潇，鲍时翔*

(1.河北农业大学海洋学院，河北 秦皇岛 066000；2.中国热带农业科学院热带生物技术研究所，海南省海洋生物资源功能性成分研究与利用重点实验室，海南 海口 571101)

藻类是海洋中初级生产力的代表，种类丰富，生长迅速。随着对海洋生物的开发，人类越来越认识到海藻的价值，藻类含有许多与人类日常活动相关的活性物质，在医药、美容、化工等行业都有很好的应用前景。藻类也能够改善水体的富营养化，调节海洋生态系统的平衡。近年来藻类养殖业迅速发展，但产量和品质参差不齐。温度是影响海洋藻类生长和品质的主要生态因子，低温和高温环境都会对藻类的生长造成胁迫，严重影响其经济价值[1]。

随着温室效应的加剧，夏季海水的温度也逐年升高，高温对海洋藻类的胁迫效应越发严重。一般认为当温度高于藻类正常生长温度5～10℃时，藻类就会产生热激反应，长时间的高温胁迫会使藻类机体产生耐热性来抵抗高温环境[2]。低温对藻类的影响主要是对细胞膜系统造成损伤。低温会导致藻类的活性氧代谢失衡，造成细胞内活性氧累积，致使蛋白质变性，破坏膜的结构，还可以导致脂膜过氧化，破坏细胞内外渗透压平衡等。低温除了会对膜系统造成伤害外，也会导致叶绿素降解，降低光合和呼吸速率等[3]。因此研究藻类温度胁迫响应机制对了解藻类抵抗温度胁迫的遗传机理，挖掘藻类抵抗温度胁迫的关键基因和代谢通路具有重要意义。本文讨论了藻类温度胁迫的响应机制，为系统研究温度胁迫下藻类调控机制提供了一些思路。

1 光合系统对温度胁迫的响应

光合作用是植物生长过程中最重要的反应，光合速率直接决定着植物的生长力水平。近年来，大多数研究表明光合系统是植物对温度胁迫最敏感的部位[4]，在环境温度发生变化时，光合作用最先受到抑制。这一结论同样适用于生活在更为复杂环境中的藻类。研究发现，温度胁迫下藻类光合作用活性下降的速度快于生长活性[5]。温度胁迫对藻类光合作用的胁迫主要表现在降低了二氧化碳的固定速率，使光合系统中的电子传递速率下降和对叶绿体的结构造成损伤等。

在温度胁迫的条件下，光合作用的光反应和暗反应都会受到不同程度的抑制。对于光反应来说，一些藻类(如麒麟菜、紫菜、节旋藻)中发现了温度胁迫会对藻类的光合效率和叶绿素含量产生影响，且胁迫程度越大，影响越显著[6-8]。光反应主要是依靠类囊体上的光系统一(PSI)和光系统二(PSII)两个反应中心来进行的。研究表明，光系统二(PSII)在温度胁迫条件下更为敏感，更容易受到损伤。PSII的电子受体侧最先受到影响，同时，捕获光色素(chl-a和Car)和反应中心(RC/CSm)也被破坏。在温度胁迫下，与PSII相关的基因表达水平发生变化(编码PsbO、PsbP、PsbQ、PsbR和Psb28等)，组成放氧复合体的外在亚基PsbO、PsbP、PsbQ、PsbV会在高温下释放，进而导致位于PSII类囊体膜腔表面的放氧复合体构象发生改变[9]，这也是高温胁迫造成光合速率下降的主要原因。同时反应中心的D1蛋白失活并产生光抑制现象，但若在反应中心被激活后，D1蛋白可以通过不断从头合成来修复损伤，从而在PSII的光损伤和其再生之间取得平衡[10]。在强光照射下，PSII的修复速率常数随着温度的升高而增加，微藻菌株也可以通过世代适应对极端温度进行生理适应[11]。PSII修复的三个关键步骤对温度胁迫非常敏感，即光损伤PSII中D1蛋白的分解、pre-D1的产生和向成熟D1蛋白的转化，这表明，温度胁迫可能不会直接增加光损伤，而是通过阻碍D1的重新合成而影响PSII修复过程[12]。

PSII的反应中心被中心天线(CP47和CP43)和外部天线所包围，外部天线包括数量较少的小捕光复合体I(LHCI)和主要捕光复合体II(LHCII)，LHCII的主要作用是接收和传递能量到PSII的反应中心，并参与控制PSII和PSI之间激发能的供应。藻类通过调控核基因编码捕光蛋白(LHCa、LHCb)的表达，从而控制天线的大小。高温和低温胁迫都会对藻类的捕光蛋白造成影响，但其对高温和低温胁迫的响应模式并不相同。在大叶藻光系统一(PSI)的捕光蛋白基因中，lhca3基因在低温和高温胁迫条件下表达量都显示出上调趋势，lhca1基因只在高温胁迫条件下表达量增加；光系统二(PSII)捕光蛋白基因中，lhcb1.1在高温和低温胁迫条件下表达量都显示出上调趋势，lhcb3、lhcb5 、lhcb6基因只有在高温胁迫下才显示出上调趋势，lhcb1.2、lhcb4基因在高温胁迫和低温胁迫下都没有表现出明显的上调或下调趋势[13]。

暗反应是二氧化碳固定反应，简称碳固定反应。CO2的光合作用固定对藻类的发育和生长至关重要，它提供新陈代谢所需的碳水化合物，以及结构成分和细胞结构单元。温度胁迫会导致与类囊体膜相关的氧化还原反应的明显变化和细胞糖等级的调整。与二氧化碳固定有关的关键酶，如核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶(RubisCO)在光合作用暗反应中发挥关键作用[14]。RubisCO亚基的基因表达水平会受到温度胁迫的显著影响，如在硬毛藻中编码RubisCO大亚基的rbcL在温度升高到20℃时上调，但随着温度进一步升高，其表达下调[15]。

2 抗氧化系统对温度胁迫的响应

在温度胁迫条件下，细胞中的许多代谢通路会受到抑制并产生大量的活性氧，包括超氧化物阴离子自由基、羟基自由基、过氧化氢、脂质过氧化物和单线态氧等。过量活性氧和自由基的累积会对蛋白质、DNA、脂质和其他细胞结构物质造成氧化损伤影响其正常的生理功能。过量的活性氧会激活藻类的抗氧化系统，使其具备有效的清除活性氧的能力来抵抗温度变化产生的胁迫。许多研究表明，植物所具有的酶促和非酶促抗氧化系统在藻类中同样存在[16]。

作为海洋系统的主要组成部分，已经证实绿藻、褐藻和红藻形成了抗氧化防御机制来应对活性氧的潜在损害[17]。更有研究表明，在各种藻类中抗氧化剂水平和各种抗氧化酶活性与藻类应激耐受性密切相关[18]。ROS的升高主要诱导ROS清除酶的合成，即抗坏血酸过氧化物酶(APX)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)、超氧化物歧化酶(SOD)和硫氧还蛋白(TRXs)以及参与谷胱甘肽生物合成的酶。作为第一道防线，SOD迅速将O2·-转化为O2和H2O2，生成的H2O2可通过过氧化物酶转化为H2O，如在液泡、细胞壁和细胞质中发现的APX和GPX[19]。在微藻中有很多关于在不同非生物胁迫下SODs、APX和GPX的活性被诱导的报道[20]。高水平的SOD、过氧化物酶(POD)、APX和抗氧化物质(还原型谷胱甘肽)有助于提高麒麟菜的耐低温能力[21]。杜氏盐藻在热胁迫条件下，编码SOD、GPX、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和抗氧化酶类的抗氧化基因在过氧化物酶体、谷胱甘肽代谢、抗坏血酸和海藻盐代谢途径中表达上调。此外，谷胱甘肽合成酶编码基因的上调和编码谷胱甘肽水解酶(GHY)和γ-谷氨酰转移酶(γ-gtp)的基因下调将确保谷胱甘肽的积累，谷胱甘肽能够防止活性氧对重要细胞成分造成损害[9]。过氧化氢酶(CAT)在抵抗应激过程中发挥重要作用，可以催化H2O2交换为H2O或其他无毒分子，在莱茵衣藻中，CAT可以清除来自光呼吸和脂肪酸氧化的H2O2[22]。锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、钒一溴过氧化物酶(V-BPO)、过氧化还原酶V(PrxVl)和CAT是龙须菜抵抗高温胁迫过程中主要发挥作用的酶[23]。

此外，与光合作用有关的抗氧化化合物是类胡萝卜素和维生素a-生育酚。类胡萝卜素是藻类的重要光合色素之一。它们主要参与光合作用的光采集过程，保护光合系统免受光诱导的氧化应激。类胡萝卜素作为抗氧化剂，能够从叶绿素中猝灭1O2和激发能，从而减少1O2的产生和积累。研究发现，ROS触发了杜氏藻中类胡萝卜素的平行积累[24]；在几种胁迫条件下，雨生红球藻中观察到类胡萝卜素生物合成相关基因的扩增表达[25]。此外，生育酚(Toc)在维持氧化还原平衡方面也有重要作用，并且在应激时其生物合成明显增加。Toc通过抑制光合成过程中类囊体膜产生的ROS(主要是1O2和OH·)，以及通过去除脂质过氧化基(LOO·)来抑制脂质过氧化[26]。虽然ROS在正常和应激条件下都会产生，基本水平的ROS对于存活细胞的功能至关重要，但ROS稳态可能会受到压力的影响，从而导致ROS水平升高甚至最终达到氧化应激，细胞防御机制通过减少ROS的产生和促进ROS的清除来对抗自由基损伤。

温度胁迫还会诱导藻类产生藻胆蛋白，藻胆蛋白具有显著的抗氧化特性，研究发现藻胆蛋白是蓝藻水提物具有抗氧化特性的直接原因[27]。

研究表明不同藻类的抗氧化系统抵抗高温和低温胁迫的机制并不相同。Yang J J等[28]研究了石莼在高温和低温胁迫下的不同抗氧化反应。发现培养48 h后，温度胁迫处理组SOD和CAT活性均有不同程度的提高，与中温对照相比，高温胁迫主要增加SOD、CAT和APX的表达，而低温胁迫则不增加SOD、CAT和APX的表达。李虎[29]研究发现，在轻度低温和轻度高温胁迫下，麒麟菜和卡帕藻体内的SOD、POD、APX、GPX等抗氧化酶的活性增强，GSH等抗氧化物含量增加，但在重度低温和重度高温胁迫条件下，SOD、POD、APX、GPX等抗氧化酶的活性下降、抗氧化物质含量降低。说明在轻度温度胁迫条件下机体会启动抗氧化系统以适应胁迫环境，在重度温度胁迫下抗氧化系统则会受到损伤，影响机体正常生理活动。

观察两组患者的治疗效果,并分为分为显效、有效和无效三种情况。显效:患者的临床症状基本消失,胸痛、恶心等症状得到明显改善;有效:临床症状得以缓解,发作频率减少;无效:临床症状依然存在,患者病情未得到改善,或者胸痛、恶等症状更加严重;总有效率为显效和有效的总和。

3 渗透调节物质对温度胁迫的响应

藻类为了在胁迫条件下保持细胞的完整性，可通过渗透压调节来稳定细胞内外的渗透压平衡。在高温处理的单细胞藻中观察到细胞质的可逆收缩，通过测序分析发现水胁迫诱导蛋白Rab21和质子泵(PPII)表达上调。Rab21蛋白只存在于胞质溶胶中，可由水分胁迫诱导，PPII能刺激H+-ATP酶活性并产生膜电位，在植物适应胁迫条件中发挥作用。这两个蛋白具有共同的相互作用分子-脱落酸(ABA)，可以在盐胁迫下调节保卫细胞和根细胞的H-atp酶活性。这些蛋白的上调可能与观察到的细胞质的收缩有关，说明高温胁迫也会导致渗透胁迫和水分胁迫[30]。

在渗透胁迫条件下，藻类会积累有机溶质如脯氨酸和糖醇。即使在高渗透压下，这些“相容的溶质”也不会阻碍酶反应，而是保护膜和酶免受破坏稳定的离子的致命影响。这些相容的溶质由四元氨基酸衍生物组成，包括单糖、二糖类和多糖、糖醇和磺胺化合物。已知脯氨酸的积累发生在各种极端条件下，如紫外线辐射和低温。脯氨酸也可以保护酶免受热失活[31]。戊二酸途径的脯氨酸生物合成是通过Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和Δ1-吡咯啉-5-羧酸还原酶(P5CR)催化的，后者限制了通过该途径的通量。在各种植物研究中，P5CS的表达模式被作为脯氨酸产生的指标进行了检测[32]。在紫菜和龙须菜中发现低温和高温均会影响脯氨酸的含量[33-34]。然而，温度对微藻脯氨酸水平的影响尚无文献报道。

近年来研究发现在海藻中存在的海藻糖对提高机体的胁迫耐受性也起到重要作用，海藻糖通过其吸水能力能够对生物膜、蛋白质的结构起保护作用，并能保证酶在逆境条件下不会失活。此外，它非常稳定，可以耐受高温和酸性条件。海藻糖的增加还可以提高光合速率，减少应激引起的光氧化损伤。发菜在低温胁迫后，脯氨酸和海藻糖含量显著上升，光系统Ⅱ的活性被抑制。说明低温胁迫破坏了质膜的完整性并且对光合系统造成损伤，细胞内渗透调节系统迅速发挥作用，增强发菜悬浮细胞对低温胁迫的适应性[35]。在渗透胁迫下，小球藻中海藻糖含量升高[36]。然而，在受紫外线胁迫的小球藻株中，参与海藻糖合成的基因出现了出人意料的抑制[37]。海藻糖类的红藻糖苷也具有抗胁迫的能力，在高温胁迫下，坛紫菜Phgpdh和Phnho1两个基因表达上调，促进合成红藻糖苷的前体物质3-磷酸甘油的合成。说明在高温胁迫环境下，坛紫菜可能通过上调Phgpdh和Phnho1两个基因的表达，刺激3-磷酸甘油和红藻糖苷的合成，从而提高对温度胁迫的抵抗能力[38]。

4 信号传导系统对温度胁迫的响应

藻类在遭受温度胁迫时，细胞会感受并传导温度胁迫信号，并做出相应的生理响应，使其能在温度胁迫的环境下维持正常的生理活动。因此信号传导系统与藻类的抗性有直接的关系。信号传导分子主要包括钙信号、磷脂酰肌醇信号、3-5环腺苷酸(cAMP)信号、蛋白酶和蛋白激酶等。

Ca2+作为植物细胞中的重要信使之一，对许多的生理过程都具有调控作用。热激信号的传导主要依靠Ca2+-钙调素(CaM)系统共同调节。CaM对热激基因表达的调控机制首先是由Ca2+提高热激转录因子(HSF)与DNA的结合能力，促进热激基因的转录与表达激活热激反应，而后Ca2+浓度的升高促使CaM基因的转录和表达，使细胞中CaM的浓度也升高，从而进一步促进热激基因的转录[39]。由质膜Ca2+通道产生的Ca2+信号对坛紫菜响应高温胁迫具有重要意义，高温胁迫显著增加了Ca2+内流，提高了CaM及其编码蛋白的表达水平。当质膜Ca2+通道被抑制时，Ca2+内流、CaM表达水平、CaM丰度水平和光合活性显著降低。这些变化最终降低了坛紫菜的耐热性。此外，热休克蛋白基因(HSP22和HSP70)在高温条件下表达上调，而在Ca2+注入率降低后表达下调[40]。Ca2+还可以在高温条件下调节海带体内的多种抗氧化酶的活性，提高海带抵抗高温胁迫的能力[41]。在高温胁迫下，浒苔中的钙依赖型蛋白激酶CDPK可通过激活还原型辅酶(NADPH)氧化酶来调节H2O2的含量[16]。

细胞中的蛋白酶和蛋白激酶共同催化蛋白质的可逆磷酸化，是许多信号传导系统中的重要部分。当细胞受到生物或非生物胁迫时，蛋白质的可逆磷酸化会对丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基产生修饰作用，促进多种信号因子的交联反应。也可调节细胞膜系统中的离子通道，从而激活在逆境中的抗性。Jiménezc等[42]研究发现杜氏盐藻在热胁迫、紫外胁迫、缺氮胁迫时p38 MAP kinase(促分裂原活化蛋白激酶)同时被上调和磷酸化，使用p38-MAP kinase和c-Jun N-末端激酶(JNK)活性特异性抑制剂处理后，发现杜氏盐藻对胁迫的适应能力明显受损。蓝藻为抵抗外界环境变化产生的信号传导识别机制——二元系统和磷酸根传递系统。其主要过程为：组氨酸蛋白质激酶感受域首先感受到外界刺激，并对组氨酸蛋白质激酶的活性进行调节，其二聚化区域的His残基在组氨酸蛋白质激酶的催化下发生磷酸化，接下来转移磷酸基团在反应调节蛋白(RR)的催化下从磷酸组氨酸转移到它自己的一个天冬氨酸(Asp)残基上，反应调节蛋白(RR)调节域的磷酸化使下游的效应物区域激活，从而产生特异的输出反应[43]。在高温胁迫下的浒苔中也发现了类泛素蛋白、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、腺苷酸激酶、钙依赖型蛋白激酶(CDPK)等多种蛋白和蛋白激酶表达上调[16]。

5 热激蛋白对温度胁迫的响应

高温诱导的热激蛋白的表达在各种生物体中都很常见。根据其分子质量，热激蛋白被分为几类，包括HSP90、HSP70和一些小热激蛋白等。众所周知，HSP90通过稳定和维持不稳定蛋白接近其自然形态的状态，在保持蛋白质的稳态方面具有显著的作用，此外，HSP90还参与各种信号和细胞通路[44]。HSP70伴侣蛋白还参与蛋白质加工的其他方面，特别是蛋白质转位和蛋白质折叠。高温胁迫和光照诱导都可以使盐藻中HSP70 mRNA的含量提高，但高温胁迫下更为明显[45]。Chankova等认为HSP70B可以作为不同环境下小球藻的温度胁迫标记，不同环境下小球藻具有不同的温度耐受性；在类似的温度胁迫下，南极小球藻的HSP70B含量比嗜热小球藻和嗜中温小球藻高出约30%[46]。在不同种类的紫菜中也发现了类似的现象，皱紫菜(Porphyracrispata)在31℃高温处理10 min就可以检测出其体内的HSP70基因表达水平明显上调至最高水平；坛紫菜(Porphyrahaitanensis)和长紫菜(PyropiadentataKjellm)需要31℃高温处理1 h，其HSP70基因表达水平才可上调至最高水平[47]。

此外，一些小热激蛋白(sHSPs)的表达在物种特定的阈值温度下上调，表明sHSPs与藻类中温度感知系统的关联。Uji T等[48]在条斑紫菜中鉴定出了5个小热休克蛋白(sHSPs)：PysHSP18.8、19.1、19.2、19.5和25.8，并发现在热激处理2 h后，5个PysHSP基因的mRNA显著增加，4 h后逐渐降低；冷处理8 h后，除PysHSP19.5表达上调外，其他PysHSP基因的表达无明显影响。在单细胞藻中，高温胁迫诱导了叶绿体HSP26.2表达上调，发现它与三磷酸腺苷合酶α、β亚基、大黄体细胞叶绿素a-b结合蛋白、PSII的氧释放增强蛋白和PSI亚基VI蛋白相互作用，说明叶绿体HSP26.2在高温胁迫下起保护作用[30]。

6 转录因子调控对温度胁迫的响应

转录因子(Transcription factors，TF)是一种能与DNA序列结合的蛋白，可以单独或与其他蛋白结合形成复合体，提高或者阻断特异性基因对RNA聚合酶的招募，调控基因的表达。在高温胁迫下，在植物体内参与植物热激反应调控的转录因子主要有：热激因子HSFs(Heat shock transcription factors)、脱水应答元件结合蛋白 DREB(Dehydration-responsive element-binding protein)、多蛋白结合因子MBF1c(Multiprotein-bridging factor 1c)，WRKY 转录因子、MYB 类转录因子、NAC 转录因子、碱性亮氨酸拉链 bZIP(Basic leucine zipper)等。已证实了在两种绿藻莱茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)和金牛鸵球藻(Ostreococcustauri)中存在转录因子调控[49]。也发现转录因子对激活嗜热红藻的低温适应性起到主要作用[50]。低温胁迫下，莱茵衣藻中的转录因子与对照相比发生了差异表达，且差异表达的TF的数量随着冷暴露时间的增加而稳定增加，整个过程中bZIP家族的差异数目最多，其次是MYB相关家族和AP2/EREBP超家族的ERF家族[51]。

在正常生理状态下，HSFs以无活性的单体状态存在，当受到热胁迫时，HSFs三聚化并与位于热激蛋白启动子上的顺势元件-热激元件结合，调控下游基因的表达，而后，HSFs又与热激原件解离，恢复单体状态。HSFs家族有三大类，分别为HSFA、HSFB和HSFC。这三种HSF不仅会协同发挥作用，还会与其他转录因子相互作用，也可以调控其他转录因子的表达水平[52]。藻类中的转录因子对温度十分敏感。其中莱茵衣藻中的HSF1具有高等植物A类HSFs的特征，HSF1在非应激条件下弱表达，在热激条件下诱导迅速[53]。脱水应答元件结合蛋白DREB基因的启动子与脱水应答元件结合后调控热激相关基因的表达，该转录因子主要通过诱导HSFA表达来参与热胁迫应答，还可以调控脱落酸(ABA)信号系统和游离脯氨酸含量[54]。多蛋白结合因子MBF1c不仅可以调控热激相关基因的表达水平，还可以作为转录共激活因子调控海藻糖-水杨酸-和乙烯信号通路[55]。黄一江[56]克隆了微拟球藻的NgAURE01转录因子并通过序列比对发现其与无隔藻中的AUREOCHROME转录因子高度相似，都是由碱性亮氨酸拉链bZIP和c端的光氧电位势传感(LOV)蛋白组成。

7 其他功能性因子对温度胁迫的响应

近年来许多研究发现一些功能性因子如不饱和脂肪酸、挥发性有机化合物(VOCs)、泛醌氧化酶和谷胱甘肽S-转移酶等在藻类的温度适应性方面也起到非常重要的作用。不饱和脂肪酸(如PUFAs)可以在低温下保持膜的流动性，藻类可以通过增加PUFAs来适应低温。已经在大多数微藻中观察到极性脂质的含量随着温度的降低而增加，而温度的升高则导致更多的非极性脂质积累[57]。Zuo Z等[58]研究发现，在高温胁迫条件下，浒苔中的CHCl3的释放量随温度的升高而增加，说明藻类在温度胁迫条件下会释放大量的挥发性有机化合物(VOCs)，这些化合物可以增加藻类对环境胁迫的抗性。Monteiro C M M等[59]研究发现低温条件下海带体内的泛醌氧化酶可以通过转移电子传输链中的电子来减少活性氧的产生，同时发现谷胱甘肽S-转移酶(GST)在0℃和8℃时上调，在15℃时下调，说明谷胱甘肽S-转移酶也可能与温度适应性有关。

8 “组学”和基因编辑技术在藻类抗逆机制研究中的应用及前景

最近，“组学”(包括基因组学、蛋白质学、转录组学和代谢组学)的进展使人们对藻类有了更深入的了解。例如，Grossman A R等汇编了包括莱茵衣藻在内的四种藻类的基因组信息，以便更好地理解各种代谢途径[60]。转录组学可以从单核苷酸水平对特定物种的整体转录活动进行检测，从而全面快速地获得该物种在某一状态下的几乎所有转录本及相应的丰度信息。Shin H S等通过对一种耐热微藻进行转录组测序得到26 245个编码蛋白质的转录本，其中83.7%可以被注释到叚定的功能上，发现超过681个基因差异表达，并揭示了藻类细胞器对温度变化的特异性反应[61]。蛋白质组学能提供有关蛋白质和细胞亚基的官能团的有价值的信息。例如Fan M等使用相对和绝对定量同位素标记(ITRAQ)结合液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)对浒苔在高温胁迫下的反应进行比较蛋白质组学分析，与对照相比，在高温条件下共鉴定出1 223个差异蛋白，其中790个上调蛋白，433个下调蛋白[16]。此外，代谢组学可以对活细胞在特定时刻的代谢产物进行全面和定量的分析，可以揭示蛋白质表达和基因调控的实际结合以及环境的影响。生物信息学和分析工具的最新进展提高了我们分析大量代谢物、评估对外部刺激的代谢变化以及解释代谢途径的能力。“组学”分析对于理解响应非生物胁迫的分子网络的完整过程至关重要。为解释藻类复杂的非生物应激反应，定义新发现的应激反应分子的作用是必要的。

此外，各种基因操作或基因编辑方法，如CRISPR/Cas9基因编辑技术可用于产生耐胁迫藻类[62]。CRISPR/Cas9可以通过NHEJ或HDR突变直接在感兴趣区域精确编辑基因组，从而导致确定的DNA置换、删除和插入。CRISPR/Cas9技术已应用于藻类的模式物种——莱茵衣藻，实现了降低Cas9相关毒性的同时有效地进行靶向基因编辑[63]。利用基因编辑技术，还可以在与非生物胁迫相关的藻类蛋白和基因的功能研究、对其生物学的理解以及对其代谢途径的描述方面取得进一步的成就[62]。虽然CRISPR藻研究技术还处于起步阶段，希望在不久的将来能被更多的应用，它有助于提高我们理解藻代谢和对环境的反应，并被用于生产更多的耐胁迫的藻类在工业中使用。

9 结语

藻类在温度胁迫下的响应涉及基因表达、蛋白合成和代谢通路的改变，并会引起生理和生化过程的改变。随着高通量技术的快速发展，转录组学、蛋白质组学和代谢组学在藻类抗逆性研究中得到了广泛的应用，对藻类温度胁迫的分子响应机制的研究也逐渐深入，越来越多与温度胁迫相关的基因被发现，但还有很多功能未知的基因和蛋白也参与了藻类对温度胁迫的响应。由于藻类生存在环境较为复杂的海洋之中，必然会形成一套独特的抵抗胁迫的能力。与研究较为透彻的陆地植物相比，对藻类响应温度胁迫的研究还远远不够。了解藻类对温度胁迫的应答机制，对研究植物的遗传与进化、培育抗逆新品种、促进海藻养殖业的发展具有重要的意义。