科学家阐明甲藻孢囊休眠背后的分子机制

甲藻在水生生态系统中起着至关重要的作用，特别是作为有害藻华的主要贡献者。它们可以进入休眠阶段，即休眠囊肿阶段，这使它们能够在海洋沉积物中存活很长时间，长达150年。这种休眠对它们的年度种群动态、开花周期和地理扩张至关重要

尽管休眠孢囊具有生态重要性，但控制其休眠、存活率维持和在天然沉积物中发芽的分子机制在很大程度上仍未得到探索

为了更好地理解这一过程，中国科学院海洋研究所（IOCAS）的研究人员与康涅狄格大学的科学家合作，研究了这些机制。他们利用甲藻mRNA特异性剪接前导作为“钩子”，以及单分子实时测序和其他生理测量

这项研究发表在2月7日的《科学进展》上。

研究人员基于DinoSL从田间孢囊组合中构建了三个cDNA文库，揭示了孢囊休眠的遗传和代谢机制。他们发现，除了与光合途径相关的基因外，与主要代谢和调节途径相关的绝大多数基因在胞囊组合中仍然具有转录活性

此外，研究人员确定了“活性”基因和途径，这些基因和途径对于维持埋在海洋沉积物中的甲藻休眠孢囊的存活率和发芽潜力至关重要

该研究的通讯作者唐英忠教授解释说：“在沉积物埋藏的孢囊组合中观察到的广泛活跃的代谢景观突显了维持孢囊休眠所需的分子机制的一个重要方面。”

通过元转录分析和随后的假设，研究人员通过检查一种具有代表性的产孢甲藻物种的实验室诱导孢囊，获得了更深入的见解。他们发现，在孢囊休眠期间，自噬会增强，这表明替代能量产生和细胞资源回收是维持休眠和存活的重要策略

此外，研究人员发现，两种经典的植物激素——脱落酸（ABA）和赤霉素（GA）——在调节孢囊休眠的维持和释放方面具有拮抗作用。该研究表明，海洋沉积物中通常存在的两种环境线索——低温和黑暗，对ABA和GA的生物合成和分解代谢产生相反的影响。这导致ABA水平升高，GA积累减少，与自然环境中甲藻孢囊的深度休眠相对应

这项研究加深了对甲藻生命周期转变和休眠的分子机制的理解 More information: Yunyan Deng et al, Broad active metabolic pathways, autophagy, and antagonistic hormones regulate dinoflagellate cyst dormancy in marine sediments, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ads7789

Journal information: Science Advances