研究背景雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）是一种单细胞绿藻，因其在诱导条件下可积累占细胞干重5%以上的虾青素而具有较高的应用价值。但是在其规模化培养过程中，容易遭受寄生性真菌（Paraphysoderma sedebokerense）的感染，造成藻细胞死亡和培养崩溃，给工业化生产带来严重的经济损失和资源浪费（图1）。

图1 雨生红球藻的发育形态和真菌感染的细胞学过程。A，雨生红球藻的不同细胞形态。B，真菌感染雨生红球藻红孢子及绿孢子的细胞学过程。标尺为10微米。

由于该寄生性真菌的感染机理尚不清楚，研发人员难以针对性地制定防治办法，很大程度上限制了雨生红球藻规模化养殖产业的发展进程。中国科学院水生生物研究所的韩丹翔研究员团队以P. sedebokerense感染雨生红球藻的细胞互作体系为研究对象，通过一系列生理生化实验结合多组学分析，在基因表达和代谢物水平解析了真菌感染雨生红球藻的作用机理。同时，基于对感染机理的理解，筛选出一种安全性高且环境友好的真菌抑制剂，在雨生红球藻的规模化养殖应用过程中展示出极为有效的真菌抑制效果，为藻类规模化培养工艺中的污染控制模块提供了新的思路和借鉴。

研究结果该研究团队发现，在真菌感染雨生红球藻的过程中会向环境中释放一些热稳定性的小分子化合物，这些物质可通过氧化胁迫降低雨生红球藻细胞对真菌感染的抵抗能力，大大加快真菌的感染进程。利用代谢组学分析筛选到一些次生代谢产物如3-羟基邻氨基苯甲酸（3-HAA）和大麦芽碱（hordenine）等，在感染过程中显著积累。通过离体和在体理化实验表明，这两种化合物可分别还原环境中的三价铁离子为二价铁离子以及生成过氧化氢，进而介导芬顿反应（Fenton reaction）产生活性氧族分子羟自由基。羟自由基对雨生红球藻造成氧化胁迫压力，损伤藻细胞膜结构、降解胞内大分子物质、扰乱细胞的基因表达，从而降低藻细胞对真菌感染的抗性，加快真菌感染进程。在该发现的基础上，研究团队从食品添加剂中筛选到一种绿色安全的抗氧化剂丁基羟基茴香醚（BHA），在较低的浓度（7ppm）时能够有效抑制P. sedebokerense的感染，进一步说明氧化胁迫是真菌感染宿主细胞所使用的一种重要的侵染策略（图2）。

图2 次生代谢产物促进真菌感染雨生红球藻的作用机制模式图

研究团队及项目资助

以上研究结果以发表于Biotechnology for Biofuels and Bioproducts，水生所韩丹翔研究员和胡强研究员为论文通讯作者，严海龙博士和马海燕博士为论文共同第一作者。该研究获得国家自然科学基金（31570304，31700359）和湖北省自然科学基金（2015CFA022）的项目资助。

本文转载自国家水生生物种质库淡水藻种库微信公众号