2026年8月23日，山东师范大学赵国琰教授和樊守金教授团队合作在植物学领域国际权威期刊《The Plant Cell》在线发表题为“The Small Helix-Loop-Helix Protein NsrC is a Regulator of Phycobilisome Biosynthesis”的研究论文。

藻胆体是蓝细菌（蓝藻）和红藻中负责光能吸收与传递的超分子复合物，其蛋白质含量可高达细胞总蛋白的近50%。在氮源匮乏条件下，蓝细菌通过降解藻胆体以回收氮素，从而引发细胞褪绿现象。然而，长期以来，关于细胞如何在氮饥饿状态下迅速抑制由强启动子驱动的藻胆蛋白合成基因表达，并协调藻胆体降解与蛋白质合成抑制之间的过程，尚缺乏明确的分子机制阐释。

该研究以蓝细菌细长聚球藻PCC 7942为材料，发现一种未注释小分子螺旋-环-螺旋蛋白（该研究命名为NsrC）是藻胆体生物合成的关键调控因子。在缺氮条件下，nsrC基因被激活，其编码的NsrC蛋白可直接结合cpc操纵子启动子区域，抑制cpcA、cpcB等藻蓝蛋白结构基因的表达。当氮源充足时，细胞内α-酮戊二酸（2-OG）维持在较低水平，碳氮平衡感受蛋白PII与NsrC大量结合，从而限制NsrC对靶DNA的识别能力，使cpc操纵子得以正常表达；氮饥饿时，2-OG积累并竞争性削弱PII-NsrC间的相互作用，导致NsrC释放并结合至cpc启动子区，进而抑制藻蓝蛋白的生物合成，降低细胞在捕光系统上的氮资源投入。系统发育与功能互补分析表明，NsrC在保留藻胆体的蓝细菌和红藻中广泛保守，在缺乏典型藻胆体的硅藻和褐藻中表现出明显的结构和功能分化。综上，该研究揭示了PII-NsrC调控轴感知细胞碳氮状态并精细调控藻胆体生物合成的分子机制，为光合微生物适应营养状态动态调整捕光系统的分子机制提供了新见解。

此外，该研究发现，敲除 nsrC基因可显著提高藻蓝蛋白的积累水平。藻蓝蛋白作为一种重要的天然色素，已在食品、化妆品及医药等多领域得到广泛应用。这一成果为蓝细菌的代谢工程改造以及高附加值藻蓝蛋白的开发与应用提供了新的潜在靶点。

该论文的共同第一作者为我院博士生李文喆、硕士生刘倩和樊守金教授，通讯作者为赵国琰教授。山东师范大学张建教授和陈卓副教授参与了研究工作。研究获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金以及绿色造纸与资源循环全国重点实验室开放基金项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koag249