聚球藻与异养菌群互作机制被发现 营养物质影响两者共生关系

近日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称青岛能源所）获悉，该研究所张永雨研究员带领的海洋碳汇与能源微生物研究组进行的新研究，揭示了海洋聚球藻与异养菌群长期共存下互利共生的内在趋势与机制。相关研究结果发表于期刊《科学进展》。

聚球藻作为一种数量众多、遍布全球海洋的原核藻类，是海洋初级生产力的关键贡献者。聚球藻的生长代谢除受环境因素影响外，很大程度上受制于异养细菌的调控。

以往的研究揭示了聚球藻与异养细菌存在着错综复杂的互作关系。聚球藻与异养细菌在长期共存条件下呈现出了互利共生的发展趋势，并能最终建立一个营养自给自足的藻菌微生态系统。即使在长达2—3年内无人为补给营养，聚球藻始终能保持很高的细胞浓度和旺盛的光合固碳活性。

然而，海洋中的藻菌关系会受到各种动态变化的环境因素干扰。聚球藻与异养菌群的这种互利共生关系在各种环境因素干扰中能否保持稳定、能否重现尚不清楚。

张永雨团队在聚球藻与异养菌群长期互作关系的研究基础上，发现人为添加外源营养会破坏聚球藻与异养菌群长期建立的互利共生关系。

然而，一旦外源性营养物质被耗尽，它们又可逐渐恢复彼此的代谢共生关系。科研团队利用宏基因组、宏转录组和^15N同位素示踪等方法揭示了异养菌固氮是藻菌共生关系得以重建的关键驱动原因。期间，异养菌群表现出了独特的行为策略。这种策略具体表现为趋化性、群体感应、生物膜的形成和藻多糖降解能力的增强等。

张永雨表示：“该研究表明，营养物质的化学计量对聚球藻和异养细菌的共生关系具有重要影响。”

然而，由于聚球藻和异养细菌已共存数十亿年之久，它们可能已经建立了朝着互利共生关系方向发展的进化适应或内在倾向，以便能在不利的环境条件下健康生长。这可能也正是聚球藻在寡营养海洋环境中依然能保持其重要生态优势地位的一种进化适应策略。