2023年7月26-28日，Green Carbon首届编委会暨2023国际绿碳科学大会在青岛召开。Green Carbon编委会委员、德国弗莱堡大学第三生物研究所所长Wolfgang Hess教授应邀出席。
在首届编委会上，Wolfgang Hess教授指出，作为一本新期刊，Green Carbon应进一步明确期刊主题及其相关方向，同时可以向Nature Energy等具有相似的多学科交叉特性的期刊学习办刊经验。
蓝细菌能量转换和CO₂固定及其新型调控因子的发掘
蓝细菌是迄今为止地球上发现的最古老的光合放氧原核微生物。通过光合作用，蓝细菌利用太阳能将二氧化碳转化为有机物，并产生氧气，这是地球从无氧环境向有氧环境演变的关键推动力。此外，蓝细菌在自然界的碳循环中扮演着重要的调控角色。Wolfgang Hess教授团队借助核糖体印迹测序（Ribo-seq）等技术，发现蓝细菌中存在大量未被鉴定的微型基因、小肽和小蛋白，其数量可达目前已注释基因数量的20%，并以ATPΘ和NblD两个小蛋白为例，具体阐述了其在蓝细菌能量转换和CO₂固定中发挥的重要调控作用。
1 蓝细菌的巨大潜力：助力实现低碳经济发展和应对气候变化
Wolfgang Hess教授首先引用麻省理工学院著名海洋学家Michael J. Follows教授的研究模型，揭示了海洋中蓝细菌的巨大潜力。据估计，海洋中蓝细菌的总量约为2.9×1027个细胞，它们贡献了地球氧气总量的10%至20%，能够每年固定4千亿吨的CO₂。此外，每天进入全球食物网的海洋蓝细菌生物质约相当于22亿辆甲壳虫汽车的重量。
研究蓝细菌的能量转换和CO₂固定机制对于实现低碳经济发展和应对气候变化具有重要意义。
2 蓝细菌的新视野：探索微型蛋白的功能与作用
集胞藻PCC 6803是一种单细胞蓝细菌，其基因组于1996年完成测序，包含超过3700个编码基因。作为全球第一个完成全基因组测序的光合原核微生物，它目前已成为研究蓝细菌基础生物学的重要模式生物之一。Wolfgang Hess教授领导的研究团队运用核糖体印迹测序（Ribo-seq）技术，发现集胞藻PCC 6803基因组中存在着超过800个微型蛋白编码基因。这个数字相当于目前已经注释的基因数量的20%之多，大大拓展了该领域对蓝细菌未知功能基因的认识。这一发现具有重要意义，使得研究者们能够进一步探索这些微型蛋白在蓝细菌代谢、生理和适应性等方面的功能。同时，也促进了关于蓝细菌基因组中尚未被发掘和理解的微型蛋白的详细研究。这将推动对蓝细菌生物学的深入理解，并有望带来对环境保护、能源开发和生命科学等领域的重大启示。
3 两个蓝细菌微型蛋白“新秀”：ATPΘ和NblD
Wolfgang Hess教授团队研究发现，在黑暗条件下，atpT基因显著上调表达。这种上调与细胞的能量和氧化还原状态密切相关，并主要通过改变atpT mRNA的稳定性来介导。atpT基因编码一个48个氨基酸的小蛋白，它在蓝细菌中高度保守。Hess教授在报告中进一步揭示，AtpΘ是ATP合酶的小蛋白质抑制剂。在逆境条件下，AtpΘ被表达并抑制ATP合酶的逆向反应，阻止了类囊体膜上ATP消耗驱动的质子逆向运输。ATP合酶被认为是细胞的能量货币印钞机，这项研究结果对于我们更全面地了解蓝细菌能量调节机制具有重要意义。
藻胆体是蓝细菌的重要捕光色素蛋白复合体，其合成需要大量的有机氮源。在缺氮状态下，蓝细菌会启动藻胆体降解以回收利用有机氮，这导致细胞出现漂白现象。Hess教授在报告中指出nblD基因的缺失可阻止蓝细菌的漂白现象。进一步的研究揭示，NblD与藻蓝蛋白β亚基（CpcB）以一种非常特定的方式结合，但仅当CpcB与色素结合时才能发生，这表明NblD在调节光捕获色素蛋白复合体组装中扮演着重要角色。这一发现为我们深入了解藻胆体的功能和调控机制提供了关键线索，有望为生物能源开发和光合作用的应用提供新的思路和可能性。
Wolfgang Hess教授最后指出，核糖体印迹测序（Ribo-seq）在蓝细菌中具有广阔的应用前景。作为一种高通量测序技术，Ribo-seq在检测和定量蛋白质合成方面表现出色。它能够实现精确的转录起始位点定位，同时揭示非经典翻译事件，如反向翻译和非编码区的翻译。此外，Ribo-seq还可鉴定转录水平与翻译调控之间的关系，并深入研究启动子与翻译起始位点的互动机制。借助Ribo-seq，我们能够深入了解蓝细菌基因表达调控的相关机制，进一步推动对其生物学功能和适应性响应的全面理解。
专家简介
Wolfgang Hess 教授
Wolfgang Hess, 德国弗莱堡大学教授，博士生导师，弗莱堡大学第三生物研究所所长，遗传及实验生物信息学团队负责人，Green Carbon编委。Wolfgang Hess教授主要以蓝细菌和光合细菌为研究模型，从事交叉学科研究，涉及生物信息学、合成生物学和系统生物学等领域。已经在Nature、Nature Biotechnology、Nature Plants、Nature Communications、PNAS、ISME J.、Plant Cell等知名期刊上发表学术论文240余篇，H指数64。
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Wolfgang Hess教授与Green Carbon | 蓝细菌能量转换和CO₂固定及其新型调控因子的发掘
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