藻-菌互作调节滇池水华蓝藻表型转换的机制研究

蓝藻细胞的表型转换在水华爆发中起到非常重要的作用，蓝藻表型转换跟细菌的群体感应（quorum sensing，QS）系统密不可分。前期研究中我们发现，细菌QS信号分子AHLs类物质显著影响水华蓝藻的生长和表型，蓝藻也具有感应环境中其它微生物（主要是细菌）存在和干扰细菌群体感应系统的机制。本研究拟在前期基础之上，进一步研究水体中微生物特别是细菌对水华蓝藻表型转换的影响，及蓝藻对细菌QS系统的感应和调节机制。利用PCR-DGGE结合测序技术分析滇池自然水体中微生物的动态变化规律，并分离优势菌群，研究它们对蓝藻水华表型转换的影响及作用方式；另一方面，从水华蓝藻细胞分离克隆AHL分解酶基因，通过基因定点突变和转基因技术，研究其功能以揭示蓝藻干扰细菌QS的分子基础。在揭示藻-菌互作调节蓝藻表型转换机制基础之上，寻找利用藻-菌互作调节和蓝藻表型转换控制治理水华爆发的新方法。

表型转换对于水华蓝藻的适应性产生和在自然水体中的生消具有重要意义，而这一过程与细菌密切相关。本研究从滇池表层水体分离优势和次优势菌，分析其中12种具有典型时空分布特点的菌株对铜绿微囊藻表型转换的影响，并探索藻-菌关系影响水华蓝藻表型转换的机理。研究发现，供试的12个菌株中9个都具有诱导单细胞铜绿微囊藻聚团的能力，但不同菌株在诱导特点和机理上具有较大差异。其中以韦氏气单胞菌N1和N12两个菌株诱导的群体结构最稳定，并跟自然水体中的铜绿微囊藻群体最为相似。以这两种菌株为材料进一步研究藻-菌关系发现，两个菌株对铜绿微囊藻表型转换的诱导具有浓度和培养时间的依赖性，并受外源AHLs信号物质影响，表明菌诱导的藻聚团与QS系统密切相关。对菌诱导的表型转换过程中，藻聚团细胞学特点及重要生理生化过程及其相关基因表达的研究发现，聚团过程中存在不同藻细胞型的分化和演替，多种外源信号物质影响细胞的分裂分化和细胞型的分布，改变细胞发育命运，并最终影响到表型转换。此外，铜绿微囊藻中QS相关基因的克隆和在大肠杆菌中的原核表达初步证实这些基因在多种抗逆性中发挥功能。本研究证实了滇池水体中多种细菌对铜绿微囊藻表型转换具有作用，揭示了藻-菌关系的复杂性及其在蓝藻表型转换和在自然生态系统中的重要性。发现了水华蓝藻细胞在表型转换过程中存在的细胞型分化现象，及细胞持续性死亡在细胞型分化和表型转换中的重要作用，为进一步通过调节藻-菌关系控制水华蓝藻表型，改变水华蓝藻生长特性，提供了基础数据。