トランスクリプトーム分析は、炭素ドットがクラミドモナスreinhardtiiの成長を調節する分子メカニズムを明らかにしています

カーボンドット（CD）は、光合成を人為的に改善する能力に注目を集めています。微細藻類の生物生物は、持続可能な栄養とエネルギーの有望な源として浮上しています。ただし、微細藻類のCDの遺伝子調節メカニズムは未開拓のままです。この研究では、赤発光CDを合成し、Chlamydomonas reinhardtiiに適用しました。結果は、0.5 mg/L-CDがC. reinhardtiiの細胞分裂とバイオマスを促進するための光サプリメントとして作用することを示しました。CDは、PS IIのエネルギー移動、PS IIの光化学効率、および光合成電子移動を改善しました。色素含有量と炭水化物の産生はわずかに増加しましたが、タンパク質と脂質の含有量は短い栽培時間で（それぞれ28.4％と27.7％）大幅に増加しました。トランスクリプトーム分析により、1166個の差次的に発現された遺伝子が特定されました。CDは、細胞の成長と死に関連する遺伝子の発現をアップレギュレートし、姉妹クロマティド分離を促進し、有糸分裂プロセスを促進し、細胞周期を短縮することにより、細胞の成長を速くしました。CDは、光合成電子移動関連遺伝子を上方制御することにより、エネルギー変換の能力を改善しました。炭水化物代謝関連遺伝子が調節され、クエン酸サイクルのためにより利用可能なピルビン酸が提供されました。この研究は、人為的に合成されたCDによる微細藻類バイオリソースの遺伝的調節の証拠を提供します。

Carbon dots (CDs) have attracted increasing attention for their ability to artificially improve photosynthesis. Microalgal bioproducts have emerged as promising sources of sustainable nutrition and energy. However, the gene regulation mechanism of CDs on microalgae remains unexplored. The study synthesized red-emitting CDs and applied them to Chlamydomonas reinhardtii. Results showed that 0.5 mg/L-CDs acted as light supplements to promote cell division and biomass in C. reinhardtii. CDs improved the energy transfer of PS II, photochemical efficiency of PS II, and photosynthetic electron transfer. The pigment content and carbohydrate production slightly increased, while protein and lipid contents significantly increased (by 28.4% and 27.7%, respectively) in a short cultivation time. Transcriptome analysis identified 1166 differentially expressed genes. CDs resulted in faster cell growth by up-regulating the expression of genes associated with cell growth and death, promoting sister chromatid separation, accelerating the mitotic process and shortening the cell cycle. CDs improved the ability of energy conversion by up-regulating photosynthetic electron transfer-related genes. Carbohydrate metabolism-related genes were regulated and provided more available pyruvate for the citrate cycle. The study provides evidence for the genetic regulation of microalgal bioresources by artificially synthesized CDs.