石河子大學(xué)首創(chuàng)沙漠耐干苔蘚齒肋赤蘚線粒體提取新方法，助力極端環(huán)境生物學(xué)革新

近日，石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李鴻彬/卓露研究團隊在植物學(xué)權(quán)威期刊Plant Methods發(fā)表了題為Establishment of a Low-Temperature immersion Method for Extracting High-Activity and High-Purity Mitochondria fromSyntrichia caninervisMitt.的研究論文。該研究針對極端耐受型沙漠苔蘚齒肋赤蘚，首創(chuàng)低溫浸泡結(jié)合梯度離心的線粒體提取技術(shù)，成功解決了耐干苔蘚植物線粒體分離難、活性易失的技術(shù)瓶頸，為極端環(huán)境植物亞細(xì)胞水平研究提供了標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)方案。

作為古爾班通古特沙漠生物土壤結(jié)皮的優(yōu)勢物種，耐干苔蘚齒肋赤蘚具備超強的脫水耐受、抗高溫及抗輻射等極端環(huán)境適應(yīng)特性，是解析植物應(yīng)激適應(yīng)機制的理想模式生物。線粒體作為細(xì)胞能量代謝的核心細(xì)胞器與應(yīng)激信號傳導(dǎo)的關(guān)鍵樞紐，其功能機制的系統(tǒng)解析是揭示齒肋赤蘚極端耐受能力分子基礎(chǔ)的核心突破口。然而，齒肋赤蘚的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)堅韌，且其膜系統(tǒng)在干旱脅迫下呈現(xiàn)出極強的機械韌性，傳統(tǒng)機械研磨法或酶解法易造成線粒體結(jié)構(gòu)完整性破壞及生理活性喪失，這一技術(shù)瓶頸嚴(yán)重制約了相關(guān)領(lǐng)域研究的深入開展。

圖1：極端耐干苔蘚齒肋赤蘚線粒體提取流程示意圖

針對上述技術(shù)瓶頸，研究團隊通過多輪系統(tǒng)優(yōu)化與靶向改良，建立了一套專為極端耐受型苔蘚量身定制的線粒體高效提取流程，其核心創(chuàng)新點如下：預(yù)處理階段的低溫滲透創(chuàng)新：團隊摒棄傳統(tǒng)機械研磨的粗放式處理，采用 4℃低溫浸泡（8-12 h）策略，使提取緩沖液充分滲透至齒肋赤蘚致密的細(xì)胞間隙。該設(shè)計既從源頭避免了機械力對線粒體結(jié)構(gòu)的物理性破壞，又通過低溫環(huán)境精準(zhǔn)抑制內(nèi)源酶的活性，最大化保障了線粒體膜結(jié)構(gòu)的完整性與生理穩(wěn)定性，解決了干旱適應(yīng)型苔蘚預(yù)處理階段的核心痛點。緩沖液配方的靶向優(yōu)化：突破傳統(tǒng)蔗糖維持滲透壓的常規(guī)方案，創(chuàng)新性采用山梨醇作為滲透壓調(diào)節(jié)劑，顯著減少線粒體在提取過程中的聚集與碰撞損傷；同時針對性配伍 HEPES 緩沖劑、蛋白酶抑制劑（PMSF）及抗氧化劑（抗壞血酸鈉）等復(fù)合保護成分，構(gòu)建了 “滲透壓穩(wěn)定 - 蛋白酶抑制 - 氧化損傷防護” 的三重保護體系，有效規(guī)避了線粒體在提取過程中的氧化應(yīng)激與蛋白酶降解風(fēng)險，大幅提升了線粒體的活性保留率。純化工藝的組合創(chuàng)新：建立 “差速離心 + 23%/35%/42% 不連續(xù) Percoll 密度梯度離心” 的兩步純化策略。通過差速離心初步去除細(xì)胞碎片、細(xì)胞壁殘渣等大顆粒雜質(zhì)，再利用 Percoll 密度梯度的精準(zhǔn)分層效應(yīng)，高效分離葉綠體、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)等非線粒體組分，實現(xiàn)了線粒體與雜質(zhì)的高效分離，使最終提取產(chǎn)物的純度得到質(zhì)的提升，為后續(xù)功能解析提供了高純度的實驗材料。

圖2：極端耐干苔蘚齒肋赤蘚線粒體提取純度與產(chǎn)量驗證圖

該方法不僅成功攻克了齒肋赤蘚線粒體提取的技術(shù)瓶頸，其靶向優(yōu)化思路還可為耐旱、耐輻射等其他極端耐受植物的線粒體分離提供創(chuàng)新性技術(shù)參考，為系統(tǒng)解析線粒體在極端環(huán)境適應(yīng)中的能量代謝供給、ROS 穩(wěn)態(tài)調(diào)控及應(yīng)激信號傳導(dǎo)等核心機制，奠定了關(guān)鍵技術(shù)支撐。同時，該技術(shù)體系的建立將進一步賦能齒肋赤蘚作為首個火星存活候選植物的相關(guān)研究，為極端環(huán)境適應(yīng)機制的跨學(xué)科探索提供有力工具，極大推動極端環(huán)境植物生理學(xué)與分子生物學(xué)的交叉融合發(fā)展。

石河子大學(xué)為論文第一完成單位，生命科學(xué)學(xué)院研究生霍文婷為第一作者，李鴻彬教授、卓露副教授為通訊作者，研究團隊還包括高夢宇、施翔等成員。研究得到國家自然科學(xué)基金）；2025 年 “天池英才” 基金；2023 年兵團發(fā)展專項 - 博士后專項資助的資助。

https://plantmethods.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13007-025-01419-z