《Science of The Total Environment》：Exposure to aged polypropylene nurdle leachates disrupts photosymbiosis in a kleptoplastic unicellular eukaryote
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本文研究了海洋微塑料污染对具有盗食质体（kleptoplasty）能力的底栖有孔虫Haynesina germanica的影响。研究人员通过比较暴露于原始（VPN）和老化（APN）聚丙烯颗粒（nurdles）浸出液后，有孔虫及其盗食质体的蛋白质组学变化和伪足活性。研究发现，APN浸出液显著破坏了盗食质体的光合作用相关蛋白，导致光合共生关系受损；而有孔虫通过上调细胞骨架蛋白和能量代谢通路，增强异养摄食以适应压力。该研究揭示了微塑料浸出液对海洋单细胞真核生物共生关系的毒性机制，为评估塑料污染对底栖生态系统的风险提供了新视角。
在广阔的海洋中，一种看不见的威胁正悄然积聚。自20世纪70年代首次被报道以来，塑料污染已成为全球性的环境问题，其中直径小于5毫米的微塑料更是因其持久性和潜在毒性备受关注。在各类微塑料中，"美人鱼的眼泪"——塑料颗粒（nurdles），作为塑料工业的原材料，已成为第二大微塑料污染源，每年有近45万吨被释放到环境中。海岸带生态系统，如海草床、珊瑚礁和红树林，成为这些塑料颗粒的汇集地，而生活在沉积物表层的底栖生物则首当其冲。
在这些底栖生物中，底栖有孔虫（Benthic foraminifera）作为单细胞真核生物，在沿海软底沉积物中含量丰富。它们不仅参与氮、碳循环和生物扰动过程，还演化出一种独特的生存策略——盗食质体（kleptoplasty），即从微藻中窃取功能性叶绿体并维持其光合作用能力。这种自然的光合共生关系为宿主提供了重要的能量来源。然而，当塑料颗粒进入海洋环境后，经过风化作用的老化塑料会吸附重金属等污染物，形成复杂的浸出液，对海洋生物造成潜在威胁。
在这项发表于《Science of the Total Environment》的研究中，科学家们将目光投向了潮间带常见的盗食质体有孔虫Haynesina germanica，探讨了原始（VPN）和老化（APN）聚丙烯塑料颗粒浸出液如何影响其盗食质体的光合共生关系。研究人员发现，APN浸出液比VPN浸出液对盗食质体的光合蛋白表达产生了更为显著的负面影响，破坏了宿主的能量供应。而有孔虫则通过调控蛋白质表达，增强了伪足活性和异养代谢，展现出惊人的适应性。
为了揭示塑料浸出液对有孔虫及其盗食质体的影响机制，研究团队运用了多项关键技术。他们从法国Canche河口的潮间泥滩采集了Haynesina germanica个体，通过125微米筛网筛选出200-300微米的活跃个体。研究设计了对照、VPN和APN浸出液三组处理，浸出液浓度设定为环境相关的20毫升/升。伪足活性通过显微镜下观察首次伪足伸展、伪足网络形成和开始运动的时间来评估。蛋白质组学分析则通过SDS-PAGE分离蛋白质、胰蛋白酶消化和nanoLC-MS/MS质谱分析进行，使用包含有孔虫和硅藻（Bacillariophyta）序列的自建数据库进行鉴定。差异表达蛋白（DEPs）通过ANOVA和TukeyHSD检验确定，并进行了基因本体（GO）功能富集分析。
3.1. 盗食质体中光合蛋白池在VPN暴露下维持而在APN暴露下破坏
研究结果显示，APN浸出液比VPN浸出液对盗食质体蛋白质组产生了更显著的影响。在盗食质体中鉴定到的220个蛋白质中，有97个存在差异表达。APN处理导致20个蛋白质上调和49个下调，而VPN处理仅引起17个上调和33个下调。PCA分析表明APN和VPN处理组的蛋白质表达谱明显分离。特别值得注意的是，与光合作用相关的关键蛋白，如岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白、细胞色素b6和ATP合酶亚基β在APN暴露下表达量大幅下降，甚至有些蛋白完全无法检测到。这些变化表明APN浸出液严重破坏了盗食质体的光合电子传递链和能量转换过程。
3.2. 核编码和藻类蛋白的表达提示有孔虫积极维持盗食质体
研究发现，有孔虫在应对浸出液胁迫时，表达了一些典型的藻类蛋白，如UDP-糖焦磷酸化酶和抗坏血酸过氧化物酶。在对照、VPN和APN条件下，宿主中还检测到参与光合作用的RAB32和HATPase_c结构域蛋白的表达。这些发现提示，有孔虫可能通过水平基因转移（HGT）或染色体外藻类DNA的存在，获得了编码这些藻类蛋白的能力，从而支持盗食质体的功能维持。
3.3. Haynesia germanica的伪足活性受APN浸出液影响更严重，但蛋白质组调控与伪足结构维持一致
行为学观察显示，暴露于VPN和APN浸出液后，有孔虫伸展第一个伪足所需时间显著延长，但建立伪足网络和开始运动的时间未受影响。蛋白质组数据表明，细胞骨架蛋白（如微管蛋白、肌球蛋白和驱动蛋白）在APN暴露下上调，这可能与增强吞噬作用有关，代表着有孔虫从混合营养向异养营养的转变，以补偿光合作用受损带来的能量损失。
3.4. 暴露于VPN和APN浸出液分别诱导了轻微的蛋白质组调控和能量代谢通路增强
宿主有孔虫对VPN和APN浸出液的响应差异显著。VPN处理仅引起20个蛋白质上调和少量下调，而APN处理导致72个蛋白质上调。在APN暴露下，分子伴侣HSP70、参与氧化磷酸化、糖酵解、三羧酸循环和脂肪酸β-氧化的蛋白质均显著上调，表明有孔虫激活了多种能量代谢通路以应对压力。同时，金属离子结合蛋白的上调提示解毒过程被激活，以应对APN浸出液中的痕量金属元素。
4.1. 盗食质体中de novo蛋白质合成在VPN暴露下维持光合蛋白池，而对APN效率较低
研究表明，VPN浸出液暴露下，盗食质体通过增加ATP合酶亚基b、核糖体L6和光系统II D1蛋白的表达，维持甚至增强了光合活性。相反，APN浸出液则显著降低了与光合系统、电子传递和碳固定相关蛋白的表达，如RuBisCO（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶）在APN处理下比VPN处理下表达量降低了四倍。这些结果提示，APN浸出液中的污染物（如Ti、Cu、Mn、Zn、Pb、Cd、As和Sn）可能与添加剂产生协同毒性效应，破坏光合共生关系。
4.2. 核编码和藻类蛋白在宿主中的表达提示Haynesia germanica积极维持盗食质体
研究发现，宿主有孔虫表达了典型的藻类蛋白，如岩藻黄素叶绿素a/c结合蛋白（FCP），这可能是通过水平基因转移或从摄食的硅藻中获得染色体外DNA实现的。在APN暴露下，UDP-糖焦磷酸化酶和抗坏血酸过氧化物酶等藻类源蛋白的上调，进一步支持了宿主积极维持盗食质体功能的假设。
4.3. Haynesia germanica通过增强伪足吞噬作用和能量代谢适应APN暴露后共生体的光合作用减少
面对APN浸出液导致的光合作用受损，有孔虫通过上调肌球蛋白和β-微管蛋白等细胞骨架蛋白，增强了伪足介导的吞噬作用。同时，糖酵解、三羧酸循环和脂肪酸氧化等能量代谢通路被激活，表明有孔虫从光合共生依赖转向异养营养，以维持能量稳态。
4.4. 暴露于VPN和APN浸出液分别诱导轻度蛋白质组调控和能量代谢通路增强
蛋白质组数据揭示了有孔虫对两类浸出液的不同响应策略。VPN暴露仅引起轻微的应激反应，而APN暴露激活了全面的应激响应，包括HSP70上调和蛋白酶体活性增强，以清除错误折叠蛋白。这种差异响应突显了有孔虫应对不同压力源的高度可塑性。
本研究系统揭示了原始和老化聚丙烯塑料颗粒浸出液对盗食质体有孔虫Haynesia germanica的毒性差异及适应机制。APN浸出液通过破坏盗食质体的光合蛋白表达，削弱了光合共生关系，迫使有孔虫转向异养营养。而有孔虫则通过调控蛋白质表达，增强伪足活性和能量代谢，展现了应对塑料污染的显著适应性。这些发现不仅为理解微塑料对海洋底栖生态系统的影响提供了新视角，也突显了有孔虫作为环境指示生物的潜力。在气候变化加剧塑料老化的背景下，这项研究对评估海洋塑料污染的生态风险具有重要意义。
