目前，雨生紅球藻（Haematoccocus pluvialis）是被用來生產(chǎn)天然蝦青素的重要藻種之一，但雨生紅球藻在培養(yǎng)過程中易被一種病原真菌Paraphysoderma sedebokerensis寄生（圖1A）。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(xué)的真菌污染防治策略，需要耗費人力、物力以監(jiān)控藻的培養(yǎng)過程，一旦污染發(fā)生會造成經(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)等方面也起到一定作用，但由于受藻-菌互作認識的限制，真菌對生態(tài)系統(tǒng)的影響較難被計算和評估。
近日，中國科學(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）在真菌寄生雨生紅球藻的機制上取得研究進展。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(xué)研究模型，分析了二者互作過程中基因的表達差異（圖1B）；利用代謝表型和細胞學(xué)實驗方法等分析了真菌的碳代謝特征和藻細胞的生化組成（圖1C），解析了P. sedebokerensis穿透雨生紅球藻細胞壁的作用機制（圖2）。
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(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）。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(chǔ)上，研究利用多糖水解酶抑制劑可有效地抑制真菌對雨生紅球藻細胞的感染。該研究為藻類培養(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。
相關(guān)研究成果以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上，水生所藻類生物技術(shù)和生物能源研發(fā)中心博士后林娟為論文第一作者，研究員韓丹翔和胡強為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室開放課題的資助。
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(xué)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
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