一项综合基因组学和转录组学分析揭示了驱动甲藻藻圈中互利共生与致病性的不同分子策略

《Environmental Microbiology》：An Integrative Genomic and Transcriptomic Analysis Reveals the Divergent Molecular Strategies Driving Mutualism and Pathogenesis in a Dinoflagellate Phycosphere

甲藻藻球共生菌与藻寄生菌互作机制研究：比较基因组学及双RNA-seq揭示共生菌通过上调光合作用和抗氧化基因激活宿主防御，藻寄生菌通过抑制谷胱甘肽还原酶引发氧化应激并激活T6SS分泌系统导致宿主代谢崩溃，挑战传统营养供需或毒素攻击二元模型。

摘要

甲藻（dinoflagellate）与共生细菌及具有杀藻作用的细菌共同生活，但藻类宿主如何整合这些相互矛盾的微生物信号尚不清楚。我们利用比较基因组学和双重RNA测序技术研究了与共生细菌及杀藻细菌共培养的Karenia mikimotoi。基因组分析显示，共生细菌具备进行营养交换的能力，而杀藻细菌则拥有T6SS（第六型分泌系统）和铁载体合成途径。双重RNA测序揭示了宿主之间不同的应对策略：共生细菌诱导了防御准备状态，增强了光合作用和抗氧化基因的表达；相反，杀藻细菌则导致了宿主的系统性代谢崩溃。这种崩溃是由于病原菌主动抑制了藻类的谷胱甘肽还原酶基因转录，从而引发氧化应激，并使包括糖酵解和三羧酸循环（TCA）在内的核心代谢过程停止。同时，病原菌还激活了其T6SS系统，分泌了蛋白酶并启动了铁吸收机制。这项研究不仅揭示了藻类-细菌共生与致病作用的分子机制，还挑战了将这类相互作用简化为单纯的营养供应或毒素攻击模型的传统观点。它提供了一个新的分子框架，表明这些相互作用是由宿主不同的转录组反应所驱动的动态过程——这些反应可能促使宿主增强生长，也可能导致其代谢和防御系统的全面崩溃。

图形摘要

我们通过基因组学和RNA测序技术研究了与共生细菌及杀藻细菌共培养的甲藻。共生细菌负责营养交换，而杀藻细菌则具有多系统的协同杀藻机制。双重RNA测序显示宿主采取了不同的应对策略：共生细菌引发了防御准备状态，而杀藻细菌则导致了宿主的代谢崩溃。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

原始测序数据现已在NGDC数据库中公开，GSA访问编号分别为CRA036996和CRA037031。支持本研究结果的数据可从ScienceDB网站获取，网址为：https://doi.org/10.57760/sciencedb.35835。