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(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)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(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)等方面也起到一定作用，但由于受藻-菌互作認(rèn)識的限制，真菌對生態(tài)系統(tǒng)的影響較難被計(jì)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(jī)制上取得研究進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞寄生真菌（P. sedebokerensis）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，分析了二者互作過程中基因的表達(dá)差異（圖1B）；利用代謝表型和細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)方法等分析了真菌的碳代謝特征和藻細(xì)胞的生化組成（圖1C），解析了P. sedebokerensis穿透雨生紅球藻細(xì)胞壁的作用機(jī)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(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）。真菌分泌多糖水解酶類（CAZymes）如glucannase和mannanase來降解細(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(xì)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(qiáng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(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. sedebokerensis CMBB；PR, putative parasitism-related proteins (indicated by the blue dot) in P. sedebokerense