近来，浙江大学傅维琦教授团队联合国内外研讨人员在世界威望期刊《可继续视界》（Sustainable Horizons）宣布了一项题为“Bioinspired cell silicification of the model diatom Phaeodactylum tricornutum and its effects on cell metabolism”的研讨成果。该前沿研讨初次报导了硅藻的单细胞转录组测序，并体系提醒了硅化进程对海洋形式硅藻三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）生理与代谢的影响。研讨显现，经过基因工程改造的硅化细胞，在铁缺少蛋白基因的表达上显着地增强，提醒了生物硅化或许重塑细胞的要害特性。
此外，团队经过仿生技能，使用R5多肽制成人工硅层并包裹三角褐指藻细胞。依据成果得出，经过硅化的微藻在UVC辐射等极点环境条件下的耐受性显着地增强，在碳中和与环境修正等范畴极具使用远景。
单细胞转录组测序使用：初次经过单细胞转录组测序提醒了硅化进程对海洋形式硅藻三角褐指藻生理与代谢的影响。
仿生硅化技能打破：使用R5多肽催化二氧化硅在三角褐指藻细胞外表堆积，生成人工硅层，显着提高硅藻在极点环境下的耐受性，并促进光合色素的堆集。
推进碳中和与环境修正使用：该研讨为开发环境习惯能力强的环保型硅-生物复合材料供给新思路，并为碳中和与环境修正方针的完结供给了有力支撑。
单细胞测序技能的使用，使研讨团队可以准确剖析每个细胞的基因表达，然后提醒样本内异质性细胞集体的特征。在此次研讨中，团队经过单细胞水平的转录组剖析，比较了天然非硅化的三角褐指藻细胞与基因工程改造后的硅化细胞。成果显现，硅化后的细胞出现出铁缺少蛋白基因的高表达，一起出现出明显的细胞分解特性。这一发现标明，生物硅化或许重塑了三角褐指藻细胞的要害特性，使其在应对恶劣环境方面展现出习惯性优势。
图1. 野生型（WT-Pt）和工程改造型（SG-Pt）三角褐指藻的单细胞转录组聚类图谱与特征基因。
图2. 野生型（WT-Pt）和工程改造型（SG-Pt）三角褐指藻拟时序轨道剖析。
研讨团队选用仿生技能，使用R5多肽（一种源自硅藻的硅化多肽）催化二氧化硅在三角褐指藻细胞外表堆积并吸附，构成人工硅层。成果发现，经过硅化处理的微藻在UVC辐射、冷冻和枯燥等晦气环境条件下表现出显着地增强的耐受性，一起类胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素c的堆集也明显添加。
转录组剖析标明，硅化细胞在应激条件下会激活一系列细胞损害修正通路，以习惯人工硅层的包覆。尽管人工硅化按捺了细胞分裂，但明显促进了叶绿素a等光合色素的组成，来提高了光合作用功率。研讨团队提出，经过基因修改和谐硅化水平与细胞分裂，可逐渐优化增强硅藻的成长与代谢功用。而仿生硅化技能可有用增强硅藻的抗逆性与色素堆集，一起对细胞分裂的影响较小，在生物传感器和药物投递体系开发等范畴有宽广使用潜力。
图4. 不一起间序列的差异表达基因（DEGs）计算及GO富集（生物进程）的上谐和下调剖析。
图5. 时刻序列基因的GO及KEGG剖析，包含基因表达趋势改变剖析、同享的GO富集状况。
研讨成果不仅为开发具有增强环境习惯性的纳米硅-生物复合材料供给了新思路，也将助力完结碳中和与可继续发展方针。经过无害的化学和生物硅化手法完结细胞的体外硅化，不仅能增强其环境习惯性和色素堆集，还能为应对环境钳制供给有用手法，增强海洋初级生产力和固碳潜力，推进碳中和方针的完结。
研讨工作遭到浙江省斥候领雁项目和基金委区创联合基金重点项目等的赞助。浙江大学海洋学院为论文榜首完结单位，博士研讨生陈季威为榜首作者，海洋学院傅维琦研讨员和大数据中心蒋杭进研讨员为论文一起通讯作者。
