Maribacter sp.共附生菌对绿潮浒苔形态发育的诱导作用研究

Under axenic conditions, the gametes or spores of Ulva prolifera lose the ability to develop into the normal morphology, and grow slowly into callus-like cell colonies by cell division. Symbiotic/epiphytic bacteria, Maribacter sp., could induce the differentiation of callus-like cells into regular thallus with normal morphology, and after two weeks’ co-culture, the regular seedlings with normal branches could grow out from the callus-like cell colonies. In this project, we will focus on the U. prolifera-Maribacter model, and investigate the morphogenesis of the green tide-forming alga U. prolifera induced by the symbiotic/epiphytic Maribacter sp. from three aspects: (i) the induction features of Maribacter sp. on the morphogenesis of U. prolifera, (ii) morphological change of callus-like cell colonies at microscopic and ultramicro levels, and (iii) change of gene expression profiles in U. prolifera. This study will focus on the relationship between morphogenesis and gene expression profiles, and understand the most upstream events regulated by the Symbiotic/epiphytic bacteria. This project will lay a valuable theory foundation for understanding the relationships between Ulva species and symbiotic/epiphytic bacteria, biological mechanism of morphogenesis of Ulva species as well as the occurrence mechanism of green tides.

在无菌的状态下，浒苔配子或孢子等生殖细胞丧失了发育为正常形态藻体的能力，只能进行缓慢的细胞分裂，生长为愈伤组织状的细胞团；在Maribacter sp.共附生菌的存在下，经2周的诱导培养，愈伤组织状的细胞可发育为正常形态的浒苔幼苗，并出现正常的分枝。本项目将围绕前期建立的浒苔-Maribacter sp.藻菌模型，开展Maribacter sp.共附生菌对浒苔形态发育的诱导作用研究，将从共附生菌的作用特点、愈伤组织状细胞的形态发育变化（显微和超微）、表达谱变化和特异基因筛选等不同层面揭示共附生菌对浒苔形态发育的诱导作用机理；重点关注在共附生菌的诱导下浒苔愈伤组织状细胞团形态和表达谱的变化，以及形态变化与表达谱变化的关联性，试图了解受共生菌调控的最上游事件。项目研究将对认识绿潮浒苔和共附生菌的关系、石莼属海藻形态发育的生物学机制、浒苔绿潮灾害暴发机理等方面有重要的科学意义和理论价值。

从2007年至2022年，浒苔绿潮在我国黄海已经连续暴发了16年，过去10多年的研究主要关注环境因子（营养盐、光照、温度等）在浒苔绿潮发生过程中的作用和影响，本项目独辟蹊径，关注浒苔生长发育受共附生菌诱导和调控的生物生态学机制。本项目研究通过前期建立的Maribacter sp.共附生菌诱导浒苔形态建成的藻菌模型，研究了Maribacter sp.等共附生菌对绿潮浒苔形态发育的诱导作用，从共附生菌的作用特点和方式、浒苔愈伤组织状细胞团的形态发育（显微和超微）、浒苔转录组变化特征、特异表达基因验证和筛选等不同层面研究了共附生菌诱导浒苔形态发育的作用机理，重点关注了共附生菌诱导下浒苔愈伤组织状细胞团形态和表达谱的变化。本项目研究：（1）揭示了Maribacter sp.共附生菌诱导浒苔形态建成的作用特点和方式，比较研究了Maribacter sp.、Roseobacter sp.、Marivita sp.、Bacillus sp.等共附生菌对浒苔愈伤组织状细胞团形态建成的诱导作用特点，完成了浒苔愈伤组织状细胞团在共附生菌诱导下的形态发育研究，包括细菌工作浓度、不同细菌诱导作用比较、thallusin的诱导作用、细菌诱导接触必要性等方面；（2）揭示了Maribacter sp.共附生菌调控下浒苔愈伤组织状细胞团的形态发育转变，通过光学和电子显微镜观察了Maribacter sp.共附生菌诱导浒苔愈伤组织状细胞团在细胞和亚细胞水平的形态发育；（3）阐明了Maribacter sp.等共附生细菌诱导浒苔愈伤组织状细胞团前后浒苔转录组的变化特征，比较分析了浒苔愈伤组织状细胞团形态发育与表达谱变化的关联性，阐释了共附生菌诱导后浒苔重要分子信号通路的应答效应，初步构建了浒苔形态发育响应共附生菌调控的的分子网络。本项目研究成果从分子层面揭示了共附生菌在石莼属海藻形态建成中的作用机制，对深入认识石莼属海藻的形态发育和进化具有重要的科学和理论意义；研究成果有助于深刻认识黄海浒苔绿潮暴发成灾的生物学机制，为从菌藻互作层面探寻防控和治理浒苔绿潮的技术方法提供了重要的理论依据。