雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）是一種單細(xì)胞綠藻，因其在誘導(dǎo)條件下可積累占細(xì)胞干重5%以上的蝦青素而具有較高的應(yīng)用價(jià)值。但是在其規(guī)模化培養(yǎng)過(guò)程中，容易遭受寄生性真菌（Paraphysoderma sedebokerense）的感染，造成藻細(xì)胞死亡和培養(yǎng)崩潰，給工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)（圖1）。由于該寄生性真菌的感染機(jī)理尚不清楚，研發(fā)人員難以針對(duì)性地制定防治辦法，很大程度上限制了雨生紅球藻規(guī)?；B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。 

　　中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所的韓丹翔研究員團(tuán)隊(duì)以P. sedebokerense感染雨生紅球藻的細(xì)胞互作體系為研究對(duì)象，通過(guò)一系列生理生化實(shí)驗(yàn)結(jié)合多組學(xué)分析，在基因表達(dá)和代謝物水平解析了真菌感染雨生紅球藻的作用機(jī)理。同時(shí)，基于對(duì)感染機(jī)理的理解，篩選出一種安全性高且環(huán)境友好的真菌抑制劑，在雨生紅球藻的規(guī)?；B(yǎng)殖應(yīng)用過(guò)程中展示出極為有效的真菌抑制效果，為藻類規(guī)模化培養(yǎng)工藝中的污染控制模塊提供了新的思路和借鑒。 

　　該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在真菌感染雨生紅球藻的過(guò)程中會(huì)向環(huán)境中釋放一些熱穩(wěn)定性的小分子化合物，這些物質(zhì)可通過(guò)氧化脅迫降低雨生紅球藻細(xì)胞對(duì)真菌感染的抵抗能力，大大加快真菌的感染進(jìn)程。利用代謝組學(xué)分析篩選到一些次生代謝產(chǎn)物如3-羥基鄰氨基苯甲酸（3-HAA）和大麥芽堿（hordenine）等，在感染過(guò)程中顯著積累。通過(guò)離體和在體理化實(shí)驗(yàn)表明，這兩種化合物可分別還原環(huán)境中的三價(jià)鐵離子為二價(jià)鐵離子以及生成過(guò)氧化氫，進(jìn)而介導(dǎo)芬頓反應(yīng)（Fenton reaction）產(chǎn)生活性氧族分子羥自由基。羥自由基對(duì)雨生紅球藻造成氧化脅迫壓力，損傷藻細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、降解胞內(nèi)大分子物質(zhì)、擾亂細(xì)胞的基因表達(dá)，從而降低藻細(xì)胞對(duì)真菌感染的抗性，加快真菌感染進(jìn)程。 

　　在該發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)從食品添加劑中篩選到一種綠色安全的抗氧化劑丁基羥基茴香醚（BHA），在較低的濃度（7ppm）時(shí)能夠有效抑制P. sedebokerense的感染，進(jìn)一步說(shuō)明氧化脅迫是真菌感染宿主細(xì)胞所使用的一種重要的侵染策略（圖2）。 

　　以上研究結(jié)果以“Oxidative stress facilitates infection of the unicellular alga Haematococcus pluvialis by the fungus Paraphysoderma sedebokerense”為題，發(fā)表于Biotechnology for Biofuels and Bioproducts，水生所韓丹翔研究員和胡強(qiáng)研究員為論文通訊作者，嚴(yán)海龍博士和馬海燕博士為論文共同第一作者。該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金（31570304，31700359）和湖北省自然科學(xué)基金（2015CFA022）的項(xiàng)目資助。 

　　論文鏈接：https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-022-02140-y 

圖1 雨生紅球藻的發(fā)育形態(tài)和真菌感染的細(xì)胞學(xué)過(guò)程。A，雨生紅球藻的不同細(xì)胞形態(tài)。B，真菌感染雨生紅球藻紅孢子及綠孢子的細(xì)胞學(xué)過(guò)程。標(biāo)尺為10微米。

圖2 次生代謝產(chǎn)物促進(jìn)真菌感染雨生紅球藻的作用機(jī)制模式圖