新聞科研進(jìn)展
真菌寄生雨生紅球藻的過(guò)程
雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）是目前被用來(lái)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(guò)程中極易被一種病原真菌Paraphysoderma sedebokerense寄生（圖1A）。一直以來(lái)，因缺少真菌感染藻細(xì)胞機(jī)理的研究，研發(fā)人員難以制定高效科學(xué)的真菌污染防治策略，需要耗費(fèi)巨大的人力物力對(duì)藻的培養(yǎng)過(guò)程開展監(jiān)控，一旦污染發(fā)生會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)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(rèn)識(shí)的限制，真菌對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響也很難被計(jì)算和評(píng)估。
近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所藻類生物技術(shù)和生物能源研發(fā)中心（CMBB）研究團(tuán)隊(duì)在真菌寄生雨生紅球藻的機(jī)制上取得重要研究進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞寄生真菌（P.sedebokerense）和單細(xì)胞雨生紅球藻，建立了病原微生物-藻類的雙轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究模型，分析了二者互作過(guò)程中基因的表達(dá)差異（圖1B）；并利用代謝表型和細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)方法等詳細(xì)分析了真菌的碳代謝特征和藻細(xì)胞的生化組成（圖1C），深度解析了P. sedebokerense穿透雨生紅球藻細(xì)胞壁的作用機(jī)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(guò)程；B，真菌P. sedebokerense (PS)寄生雨生紅球藻H. pluvialis (HP)的雙轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究；C，不同水解酶和真菌釋放的雨生紅球藻細(xì)胞壁糖分析
圖2真菌P. sedebokerense寄生雨生紅球藻H. pluvialis的機(jī)制。AS, ameboid swarmer of P. sedebokerense 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(shí)，雨生紅球藻上調(diào)表達(dá)包括激酶、膜組成結(jié)構(gòu)、ATP轉(zhuǎn)運(yùn)酶、脅迫反應(yīng)相關(guān)酶和氧化還原酶等與早期防衛(wèi)反應(yīng)相關(guān)的基因（圖1B）。值得注意的是，真菌分泌多糖水解酶類（CAZymes）如glucanase和mannanase來(lái)降解細(xì)胞壁多糖，有助于穿透雨生紅球藻的特殊細(xì)胞壁mannan結(jié)構(gòu)（圖1C），而釋放的甘露寡糖（Oligosaccharides）進(jìn)一步促進(jìn)真菌對(duì)雨生紅球藻的寄生過(guò)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(chǔ)上，該研究利用多糖水解酶抑制劑能夠有效地抑制真菌對(duì)雨生紅球藻細(xì)胞的感染。這一研究結(jié)果不僅為藻類培養(yǎng)過(guò)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(guó)科學(xué)院水生生物研究所藻類生物技術(shù)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(qiáng)研究員。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助。
文章鏈接：http://doi.org/10.1111/1462-2920.15465