聚球藻作為遍布全球海洋、數(shù)量最大的原核藻類之一，是海洋初級生產(chǎn)力的關(guān)鍵貢獻(xiàn)者。它們的生長代謝除受環(huán)境因素影響外，很大程度上受制于異養(yǎng)細(xì)菌的調(diào)控。既往研究揭示異養(yǎng)細(xì)菌與聚球藻存在復(fù)雜的互作關(guān)系，當(dāng)它們在長期共存條件下呈現(xiàn)出互利共生的發(fā)展趨勢，最終建立了營養(yǎng)自給自足的藻菌微生態(tài)系統(tǒng)。即使在2-3年內(nèi)無人為補(bǔ)給營養(yǎng)，聚球藻始終能保持很高的細(xì)胞濃度和旺盛的光合固碳活性。然而，海洋中藻菌關(guān)系受到各種動態(tài)變化的環(huán)境因素干擾，聚球藻與異養(yǎng)菌群的這種互利共生關(guān)系能否保持穩(wěn)定或能否重現(xiàn)尚不清楚，這是研究海洋藻菌關(guān)系動態(tài)變化過程與驅(qū)動機(jī)制的重要科學(xué)問題，也關(guān)乎海洋碳循環(huán)與氣候變化。
中國科學(xué)院青島能源所研究員張永雨帶領(lǐng)的海洋碳匯與能源微生物研究組，在聚球藻與異養(yǎng)菌群長期互作方面的研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)人為添加外源營養(yǎng)會破壞聚球藻與異養(yǎng)菌群長期建立的互利共生關(guān)系。然而，一旦外源性營養(yǎng)物質(zhì)被耗盡，它們又可逐漸恢復(fù)彼此的代謝共生關(guān)系?？蒲腥藛T利用宏基因組、宏轉(zhuǎn)錄組和15N同位素示蹤等方法揭示了異養(yǎng)菌固氮是促發(fā)藻菌共生關(guān)系重建的關(guān)鍵驅(qū)因。異養(yǎng)菌群表現(xiàn)出趨化性、群體感應(yīng)、生物膜形成和藻多糖降解能力增強(qiáng)等獨(dú)特的行為策略，驅(qū)動彼此互惠關(guān)系重建過程中菌群結(jié)構(gòu)和功能的調(diào)整，并伴隨磷、鐵和維生素等其他營養(yǎng)要素的微生物生產(chǎn)，促進(jìn)了聚球藻的健康生長。研究表明，營養(yǎng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量對聚球藻和異養(yǎng)細(xì)菌的共生關(guān)系具有重要影響，然而，由于聚球藻和異養(yǎng)細(xì)菌在地球歷史上共存長達(dá)數(shù)十億年之久，它們可能已建立了朝著互利共生關(guān)系方向發(fā)展的進(jìn)化適應(yīng)或內(nèi)在傾向，以便在不利的環(huán)境條件下健康生長，這可能是聚球藻在寡營養(yǎng)海洋環(huán)境中依然保持重要生態(tài)優(yōu)勢地位的進(jìn)化適應(yīng)策略。
近日，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部及中科院海洋大科學(xué)中心等的支持。
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長期共存下聚球藻與異養(yǎng)菌群建立互利共生關(guān)系的內(nèi)在趨勢。
來源：青島生物能源與過程研究所
