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真菌寄生雨生紅球藻的過程
雨生紅球藻（Haematoccocus pluvialis）是目前被用來生產(chǎn)天然蝦青素的最重要藻種，但是雨生紅球藻在培養(yǎng)過程中極易被一種病原真菌Paraphysoderma sedebokerensis寄生（圖1A）。一直以來，因缺少真菌感染藻細胞機理的研究，研發(fā)人員難以制定高效科學的真菌污染防治策略，需要耗費巨大的人力物力對藻的培養(yǎng)過程開展監(jiān)控，一旦污染發(fā)生會造成嚴重的經(jīng)濟損失。另外，藻-菌互作在水生生態(tài)系統(tǒng)中水華藻的爆發(fā)和消亡、浮游生物群落多樣性以及碳氮的轉(zhuǎn)化與循環(huán)等方面也起著一定作用，但由于受藻-菌互作認識的限制，真菌對生態(tài)系統(tǒng)的影響也很難被計算和評估。
近日，中國科學院水生生物研究所藻類生物技術和生物能源研發(fā)中心（CMBB）研究團隊在真菌寄生雨生紅球藻的機制上取得重要研究進展。該團隊利用單細胞寄生真菌（P.sedebokerensis）和單細胞雨生紅球藻，建立了病原微生物-藻類的雙轉(zhuǎn)錄組學研究模型，分析了二者互作過程中基因的表達差異（圖1B）；并利用代謝表型和細胞學實驗方法等詳細分析了真菌的碳代謝特征和藻細胞的生化組成（圖1C），深度解析了P. sedebokerensis穿透雨生紅球藻細胞壁的作用機制（圖2）。
圖1真菌和雨生紅球藻互作。A，真菌寄生雨生紅球藻的過程；B，真菌P. sedebokerense (PS)寄生雨生紅球藻H. pluvialis (HP)的雙轉(zhuǎn)錄組學研究；C，不同水解酶和真菌釋放的雨生紅球藻細胞壁糖分析
圖2真菌P. sedebokerense寄生雨生紅球藻H. pluvialis的機制。AS, ameboid swarmer of P. sedebokerensis CMBB；PR, putative parasitism-related proteins (indicated by the blue dot) in P. sedebokerense
研究表明，真菌P. sedebokerense在感染雨生紅球藻的早期產(chǎn)生一系列水解酶類、絲氨酸內(nèi)切肽和氧化還原酶等，同時，雨生紅球藻上調(diào)表達包括激酶、膜組成結(jié)構(gòu)、ATP轉(zhuǎn)運酶、脅迫反應相關酶和氧化還原酶等與早期防衛(wèi)反應相關的基因（圖1B）。值得注意的是，真菌分泌多糖水解酶類（CAZymes）如glucannase和mannanase來降解細胞壁多糖，有助于穿透雨生紅球藻的特殊細胞壁mannan結(jié)構(gòu)（圖1C），而釋放的甘露寡糖（Oligosaccharides）進一步促進真菌對雨生紅球藻的寄生過程（圖2），這也是真菌專一性寄生雨生紅球藻的原因。在此基礎上，該研究利用多糖水解酶抑制劑能夠有效地抑制真菌對雨生紅球藻細胞的感染。這一研究結(jié)果不僅為藻類培養(yǎng)過程中的污染防治工作提出了新的控制方法，也為今后篩選抗真菌感染的優(yōu)良藻種提供了思路。
以上研究結(jié)果以“Interaction between the cell walls of microalgal host and fungal carbohydrate‐activate enzymes is essential for the pathogenic parasitism process”為題，發(fā)表在《Environmental Microbiology》雜志上，第一作者為中國科學院水生生物研究所藻類生物技術和生物能源研發(fā)中心（CMBB）博士后林娟，通訊作者為韓丹翔研究員和胡強研究員。該研究獲得國家自然科學基金和淡水生態(tài)與生物技術國家重點實驗室開放課題資助。
文章鏈接：http://doi.org/10.1111/1462-2920.15465