近日，石河子大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李鴻彬/卓露研究團(tuán)隊(duì)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jiān)韌，且其膜系統(tǒng)在干旱脅迫下呈現(xiàn)出極強(qiáng)的機(jī)械韌性，傳統(tǒng)機(jī)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(tuán)隊(duì)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(diǎn)如下：預(yù)處理階段的低溫滲透創(chuàng)新：團(tuán)隊(duì)摒棄傳統(tǒng)機(jī)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(jì)既從源頭避免了機(jī)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(diǎn)。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(shí)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(hù)成分，構(gòu)建了 “滲透壓穩(wěn)定 - 蛋白酶抑制 - 氧化損傷防護(hù)” 的三重保護(hù)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(xiǎn)，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?jiān)却箢w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(shí)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(jī)制，奠定了關(guān)鍵技術(shù)支撐。同時(shí)，該技術(shù)體系的建立將進(jìn)一步賦能齒肋赤蘚作為首個(gè)火星存活候選植物的相關(guān)研究，為極端環(huán)境適應(yīng)機(jī)制的跨學(xué)科探索提供有力工具，極大推動(dòng)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(tuán)隊(duì)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(tuán)發(fā)展專項(xiàng) - 博士后專項(xiàng)資助的資助。

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