水生所關於真菌寄生雨生紅球藻的機制研究取得重要研究進展

一直以來,因缺少真菌感染藻細胞機理的研究,研發人員難以製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過程開展監控,一旦污染發生會造成嚴重的經濟損失。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中心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。圖1真菌和雨生紅球藻互作。

雨生紅球藻(Haematoccocus pluvialis)是現時被用來生產天然蝦青素的最重要藻種,但是雨生紅球藻在培養過程中極易被一種病原真菌Paraphysodermasedebokerensis寄生(圖1A)。一直以來,因缺少真菌感染藻細胞機理的研究,研發人員難以製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過程開展監控,一旦污染發生會造成嚴重的經濟損失。另外,藻-菌互作在水生生態系統中水華藻的爆發和消亡、浮游生物群落多樣性以及碳氮的轉化與迴圈等方面也起著一定作用,但由於受藻-菌互作認識的限制,真菌對生態系統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-藻類的雙轉錄組學研究模型,分析了二者互作過程中基因的表達差异(圖1B);並利用代謝錶型和細胞學實驗方法等詳細分析了真菌的碳代謝特徵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 ofP. sedebokerensisCMBB;PR,putative parasitism-related proteins(indicated by the blue dot)inP. sedebokerense

研究表明,真菌P.sedebokerense在感染雨生紅球藻的早期產生一系列水解酶類、絲氨酸內切肽和氧化還原酶等,同時,雨生紅球藻上調表達包括激酶、膜組成結構、ATP轉運酶、脅迫反應相關酶和氧化還原酶等與早期防衛反應相關的基因(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,有助於穿透雨生紅球藻的特殊細胞壁mannan結構(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够有效地抑制真菌對雨生紅球藻細胞的感染。這一研究結果不僅為藻類培養過程中的污染防治工作提出了新的控制方法,也為今後篩選抗真菌感染的優良藻種提供了思路。

以上研究結果以“Interaction between the cell walls of microalgal host and fungal carbohydrate‐activate enzymes is essential for the pathogenic parasitism process”為題,發表在《Environmental Microbiology》雜誌上,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中心(CMBB)博士後林娟,通訊作者為韓丹翔研究員和胡强研究員。該研究獲得國家自然科學基金和淡水生態與生物技術國家重點實驗室開放課題資助。

文章連結:http://doi.org/10.1111/1462-2920.15465

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