近日，本学院2023级资源利用与植物保护专业硕士研究生张敏红在《Chemical Engineering Journal》（中科院一区Top期刊，IF = 12.5）在线发表了题为“Genetic and Metabolic Mechanisms of OleaginousCoelastrum sp. GX03 to Cope with Extremely High CO2”的研究论文。该研究从高砷矿区土壤中分离获得一株可耐受60% CO2的产油微藻——空星藻（Coelastrum sp.）GX03。并首次完成了空星藻属的染色体级别基因组组装，系统揭示了该藻应对超高浓度CO2的多层次协同适应机制。该研究为微藻固碳技术在含超高浓度CO2废气处理中的应用提供了优良种质资源和理论支撑。
在“双碳”目标驱动下，微藻生物固碳技术因其高效的光合效率和可同步生产高附加值副产品的优势，成为碳捕集、利用与封存（CCUS）领域的研究热点。然而，工农业废气中常含有远超大气浓度的CO2（7%~99%），严重制约绝大多数微藻的生长与固碳能力。目前仅有极少数藻种能耐受>50%的超高浓度CO2，且大多需要梯度驯化或固碳效率偏低，难以满足工业化应用需求。本研究前期从广西南丹砷矿区土壤中分离获得三株微藻，其中空星藻GX03在未经驯化条件下即对60% CO2表现出优异的耐受性与固碳性能，生物量产率达290 mg L⁻¹ d⁻¹，净生物量固碳速率达517 mg CO₂ L⁻¹ d⁻¹，显著优于国内外绝大多数已报道的高浓度CO2耐受藻株。
为揭示GX03耐受超高浓度CO2的分子机制，研究团队首次完成了空星藻属的染色体级别基因组组装（111 Mb，19条染色体），进化分析显示其经历了两次全基因组复制事件。比较基因组学分析结果表明与光合作用、碳代谢、抗氧化解毒、ABC转运蛋白及蛋白质稳态维持等相关的基因家族显著扩张，而与阴离子转运、乙烯信号响应等相关的基因家族则发生收缩，提示GX03在进化过程中形成了“核心功能强化、非必需功能精简”的基因组重塑策略。结合转录组与代谢组联合分析推测适应机制为：天线蛋白与光系统基因普遍上调以维持能量捕获，同时抑制光呼吸以减少碳损耗；TCA循环增强驱动碳骨架供应，碳流从储能脂质向结构性膜脂转移；精氨酸脱羧酶介导的多胺代谢增强，可能通过氨释放参与胞内酸中和；过氧化物氧还蛋白等酶促体系与脯氨酸、多胺等非酶体系协同控制氧化损伤。该研究为理解微藻应对极端碳胁迫的分子机制提供了新见解，并为高CO2废气场景的微藻固碳应用提供了优良种质资源与理论支撑。
资源利用与植物保护专业硕士生廖晓恬为论文共同第一作者，导师贺鸿志副教授为通信作者，王金祥教授为共同通信作者。美国马里兰大学李彦韬教授为本研究提供了专业建议。研究得到广东省自然科学基金面上项目、广州市重点研发计划等课题的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.179074
