强光（HL）胁迫易诱导莱茵衣藻（C. reinhardtii）产生氧化应激反应，不仅会促使次级代谢物异常积累，还会显著抑制其生物质合成，制约莱茵衣藻生物制品的高效产出。褪黑素（MT）作为一种具有强抗氧化活性的生物调节剂，在缓解植物逆境胁迫、调控生长代谢方面发挥重要作用，但关于其在强光胁迫下对莱茵衣藻生长及代谢物生成的调控机制尚未明确。本研究以此为切入点，系统探究褪黑素在强光压力下对莱茵衣藻生长状态和代谢物合成的调控效应及分子机制，为提升莱茵衣藻生物制品产量提供理论支撑与技术参考。
本研究通过设置单强光对照组（HL组）与强光+10 μM褪黑素处理组（HL+10 μM MT组），对莱茵衣藻进行为期7天的胁迫处理，结合生物量测定、成分分析、分子生物学检测及转录组测序等技术，系统解析褪黑素的调控作用。结果显示，与HL对照组相比，HL+10 μM MT组莱茵衣藻的生长与代谢指标得到显著改善：生物量从0.39 g/L提升至0.43 g/L，增幅达10.3%；脂质含量从干重（DW）38.9%提升至40.3% DW，增幅为3.6%，实现了生物质与目标代谢产物的协同提升。
机制探究表明，外源性褪黑素的施加有效缓解了强光胁迫对莱茵衣藻造成的光损伤，一方面通过增强机体抗氧化能力抑制氧化应激反应，为细胞生长提供稳定内环境；另一方面通过调控代谢通路，促进初级与次级代谢物的有序积累。分子层面上，外源性褪黑素不仅能够显著上调莱茵衣藻体内关键生物合成酶的表达水平，还可激活内源性褪黑素的生物合成通路，形成“外源性补充-内源性激活”的协同调控效应，进一步强化其抗逆能力与代谢调控作用。
转录组分析结果进一步揭示了褪黑素调控莱茵衣藻生长代谢的分子靶点，其中与氮代谢、脂质生物合成、DNA复制及类胡萝卜素合成相关的基因家族被显著上调。氮代谢基因的上调有助于优化细胞氮素利用效率，为蛋白质合成与能量代谢提供保障；脂质生物合成基因的高表达直接推动脂质积累，提升目标产物产量；DNA复制相关基因的激活则有利于促进细胞分裂与增殖，提升生物量；类胡萝卜素合成基因的上调可增强细胞抗氧化能力，进一步缓解强光胁迫损伤。
本研究明确了褪黑素在缓解莱茵衣藻强光损伤、调控生长代谢中的核心作用，证实了“强光+褪黑素”组合模式在提升莱茵衣藻生物制品产量方面的巨大潜力。研究结果不仅丰富了褪黑素在微藻逆境调控中的作用机制，为解析褪黑素在强光胁迫下的调控网络提供了新的分子视角，也为微藻生物制品高效生产的逆境调控技术研发提供了重要理论依据与实践指导。
原文及链接：The role of melatonin in enhancing antioxidant capacity and mitigating high light-induced damage in Chlamydomonas
