青島能源所揭示藻際微生物在大藻健康養殖及可持續發(fā)展中的重要作用
具有重要環(huán)境和經(jīng)濟效益的近海大藻養殖是一項關(guān)鍵的海洋碳增匯(或負排放)路徑。近年來(lái)受海洋升溫、酸化等不利環(huán)境變化影響大規模海藻病害頻發(fā),此外,棲息在藻際環(huán)境中的微生物群落(包括細菌和病毒等)與大藻構成的緊密共生體對大藻健康和生長(cháng)亦具重要調控作用,但目前對此了解甚少。
基于2022年山東省威海市海帶養殖區暴發(fā)大規模海帶病害的現狀,青島能源所張永雨研究員帶領(lǐng)的海洋碳匯與能源微生物研究組對桑溝灣養殖區進(jìn)行了長(cháng)期監測,結合海帶模擬培養實(shí)驗,揭示海水環(huán)境參數的驟變(海水光透過(guò)率高出正常條件三倍)導致的高光脅迫所引起海帶氧化應激和海帶藻際細菌群落失調,是誘發(fā)當年海帶大規模病害的關(guān)鍵環(huán)境因素。藻際微生物中機會(huì )性致病腸桿菌目(Enterobacterales)細菌出現大幅增殖,對藻酸鹽、甘露醇和海帶多糖等海帶組織結構的降解和攜帶毒素的毒性作用,導致大面積海帶死亡?;谌蛭⑸锝M數據的深入分析發(fā)現,未來(lái)海洋升溫和酸化情景下腸桿菌等病原菌的特異性增殖將出現明顯增強趨勢,預示將對大藻養殖可持續發(fā)展產(chǎn)生嚴重威脅(圖1)。
圖1?不利環(huán)境下海帶藻際細菌群落變化及對海帶健康影響
同時(shí)發(fā)現海帶藻際環(huán)境棲息著(zhù)極為多樣和新穎的病毒群落,僅在海帶葉片上即鑒定了超過(guò)5千個(gè)不同的病毒物種(以噬菌體為主),高達99.7%為未知病毒。這些噬菌體對海帶藻際細菌群落平衡具有重要調控作用,進(jìn)而間接影響海帶健康。一些藻際噬菌體中攜帶葉酸和維生素B12(海帶生長(cháng)因子)的合成基因,是藻際噬菌體參與調控海帶生長(cháng)的另一證據。伴隨著(zhù)海藻碎屑的掉落,藻際噬菌體向外部釋放后,也可侵染周?chē)K统练e物中的部分微生物宿主,調節周?chē)h(huán)境微生物群落結構,并潛在參與藻源有機碳(多糖)降解和海洋碳循環(huán)(圖2)。
圖2 海帶藻際病毒群落(噬菌體為主)生態(tài)功能與調控作用
相關(guān)成果近期發(fā)表于The ISME Journal和Environmental Science & Technology。趙久龍和Shailesh Nair分別為第一作者。該研究得到了科技部重點(diǎn)專(zhuān)項、國家自然科學(xué)基金、科技部外國青年專(zhuān)家人才工程項目、國家資助博士后人員計劃等的資助。(文/圖 趙久龍、Shailesh Nair)
原文鏈接:https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae083
Zhao JL?, Nair S?, Zhang ZH, Wang ZM, Jiao NZ, Zhang YY*. Macroalgal virosphere assists with host–microbiome equilibrium regulation and affects prokaryotes in surrounding marine environments. The ISME Journal, 2024, 18:wrae083.
原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.est.3c09921
Zhang YY*, Nair S*, Zhang ZH, Zhao JL, Zhao HS, Lu LF, Chang LR, Jiao NZ. Adverse environmental perturbations may threaten kelp farming sustainability by exacerbating Enterobacterales diseases. Environmental Science & Technology, 2024, 58:5796-5810.
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