近日，中国科学院海洋研究所藻类生理过程与精准分子育种研究组在海洋硅藻适应高温环境的分子机制研究方面取得重要进展。研究团队利用基因编辑技术，以海洋硅藻三角褐指藻为研究对象，通过敲除、回补和过表达，揭示了COP9信号复合体关键催化亚基CSN5通过调控蛋白降解与细胞稳态维持，调节海洋硅藻适应高温环境的分子机制。相关研究成果发表在国际学术期刊The Plant Journal上。

近年来，全球变暖持续加剧，海洋暖化及海洋热浪等极端事件对海洋生态系统产生了深刻影响。硅藻作为海洋生态系统中最重要的初级生产力之一，对海洋生物地球化学循环具有重要贡献。然而，海洋硅藻在高温条件下如何维持细胞稳态，其分子基础仍知之甚少。研究团队首先基于TaraOcean 宏转录组数据分析发现，CSN5同源基因广泛分布于全球海洋浮游藻类中，且其转录丰度随环境温度升高而增加，表明CSN5可能参与海洋浮游藻类对升温环境的适应过程。进一步研究显示，CSN5在28℃高温处理后被迅速诱导表达，表现出显著的温度响应特征。

图1 三角褐指藻CSN5基因对不同温度处理的表达响应

为解析CSN5的功能，研究团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了CSN5敲除突变株。结果显示，在高温条件下，CSN5敲除株表现出明显的生长抑制和细胞形态异常；而利用野生型藻株的CSN5基因进行回补后，突变株在高温下异常的生长和形态表型得到明显恢复。另外，CSN5过表达株在高温条件下表现出更快的生长速率和更高的生物量积累。这些结果表明，CSN5是维持三角褐指藻高温适应能力的重要调控因子。

图2 基因回补及过表达藻株的生理表型

定量蛋白质组学分析表明，CSN5基因的敲除突变株在高温条件下引发了显著的蛋白表达重塑，差异蛋白主要定位于叶绿体、细胞质和细胞核，并显著富集于光反应、Calvin循环、糖酵解、膜转运、核分裂和DNA修复等过程。多个光系统Ⅰ和Ⅱ相关亚基以及部分捕光复合体蛋白在敲除株中明显下调，表明在高温条件下CSN5对光合系统稳定、能量代谢协调和细胞功能维持具有重要作用。研究还发现，CSN5基因的缺失会干扰藻细胞的蛋白降解途径并导致蛋白周转失衡，从而破坏细胞内稳态；同时，突变株在高温下出现细胞膨大和形态变异，表明CSN5通过影响细胞骨架相关过程，协同维持细胞形态与生理功能的完整性。基于上述结果，我们提出了CSN5介导海洋硅藻高温适应的工作模型：CSN5通过调控蛋白周转、光合作用、细胞分裂、膜转运和形态稳态，提升三角褐指藻对高温环境的适应能力。本研究从蛋白降解调控层面揭示了海洋硅藻适应高温的新机制，拓展了对海洋浮游藻类响应高温胁迫分子基础的认识，也为耐高温海洋硅藻藻株的定向培育提供了新的分子靶标。

图3 CSN5介导的三角褐指藻高温适应生理响应

论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生李鑫，通讯作者为王广策研究员和高山研究员。本研究得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划（重大科技创新工程）、国家藻类产业技术体系等项目的资助。

论文信息：

Xin Li, Shan Gao*, Lu Zhou, Xiaoyue Zhang, Wenting Yang, Xuehua Liu, Songcui Wu, Xiujun Xie, Wenhui Gu, Guangce Wang* (2026) A CSN5-dependent protein degradation pathway underlies diatom resilience to high temperature. The Plant Journal 126: e70839

DOI: 10.1111/tpj.70839