近日，厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室、海洋与地球学院高坤山教授团队在颗石藻病毒侵染效应与环境变化关系方面取得了新进展，相关成果以“Warming and UV radiation alleviate the effect of virus infection on the microalga Emiliania huxleyi”为题发表于Plant, Cell & Environment.
颗石藻类是广泛分布于真光层上部的真核浮游植物类群，常在中、高纬度海表形成藻华；其通过光合作用与钙化作用生产颗粒有机碳与颗粒无机碳，分别贡献于海洋生物碳泵与碳酸盐反向泵，与海洋碳循环与颗粒有机碳沉降有密切关系。颗石藻类通常暴露于阳光紫外辐射 (UVR)下，且其藻华的衰退与病毒侵染有关。
颗石藻病毒属于十二面双链DNA病毒，主要攻击宿主藻的光合系统，从而导致其死亡。海洋全球变化可直接或间接地影响病毒与宿主之间的关系。团队前期研究发现，海洋酸化加剧了棕囊藻病毒对其宿主的攻击，使其光合速率下降、死亡加快。然而，有关颗石藻病毒与其宿主的关系是否受阳光紫外辐射与温度变化的问题尚缺少认知。为此，本文在2个不同温度 (17℃; 21℃) 和3种紫外辐射处理 (P, 可见光; PA, 可见光+UVA; PAB (可见光+UVA+UVB) 下研究了升温和紫外辐射对颗石藻及其病毒侵染力的影响，揭示了该藻生理变化与病毒侵染的关系，结合宿主与病毒转录组学信息，分析了两者基因表达与环境因子的关系，阐明了升温与紫外辐射各自及其叠加效应，并阐析了相关机制。该研究对认知全球环境变化背景下微藻病毒与其宿主的互作关系具有重要意义。
研究发现，病毒侵染会显著降低颗石藻的生长和固碳量，但是紫外辐射(UVR) 会通过损害病毒的DNA转录而缓解其对宿主的危害 (图1, 图2)。升温与UVR共同影响下，病毒侵染的颗石藻固碳量增加了13倍 (图2)，这是由于UVR与升温降低了病毒侵染力的同时，还上调了该微藻的卡尔文循环和光反应相关的基因转录 (图3)。转录组水平的变化表明，病毒降低了颗石藻能量代谢途径的效率；在仅有可见光条件下，病毒侵染显著下调了脂肪酸降解和光捕获蛋白途径；而在UVR暴露条件下，病毒侵染显著下调了TCA循环和氮代谢途径 (图3)。该结果暗示，升温和阳光UV辐射叠加可延长颗石藻藻华持续时间。
图1. 不同紫外辐射处理 (P, 可见光; PA, P+UVA; PAB, P+UVA+UVB) 与温度（17℃ 和21 ℃）条件下，颗石藻细胞浓度 (A, B)，颗石藻病毒丰度 (C, D) 随侵染时间的变化，颗石藻的比生长速率 (E, F)，UVA、UVB及UVR对颗石藻生长的抑制率 (G) 及单位藻细胞被裂解后病毒释放量 (H)。实线和实心表示没有病毒的培养，而虚线和空心表示颗石藻与病毒共培养。+V代表与病毒共培养的颗石藻。
图2. 不同紫外辐射处理 (P, 可见光; PA, P+UVA; PAB, P+UVA+UVB) 与温度（17℃ 和21 ℃）条件下，颗石藻的Chl a含量 (A, B)，最大光化学效率 (Fv/Fm) (C, D)，光合固碳含量 (E, F)，UVB、UVA及UVR对光合固碳的抑制率 (G, H)
图3. 17 ℃下，在P (可见光) (A) 和PAB (P+UVA+UVB) (B) 照射下单培养 (无病毒EhV) 与共培养 (有EhV) 的颗石藻相比较不同代谢途径的变化，以及单培养 (C) 和共培养 (D) 的颗石藻P与PAB处理下相比较相关基因表达水平的变化。红色和蓝色分别代表上调和下调，颜色表示log2的倍数
海水的动力过程会使得颗石藻类等从表层到深层或从较深层到表层，经受不同温度与阳光UV暴露水平的变化。本研究结果表明，升温与UV辐射下，颗石藻病毒对其宿主的侵染能力显著下降，暗示海洋暖化与上部混合层变浅 (UV暴露量增大) 会延长颗石藻藻华的爆发期。
该论文第一作者为厦门大学博士毕业生付倩倩，通讯作者为高坤山教授。论文的共同作者还包括海南大学黄瑞萍副教授、江苏海洋大学李富田副教授、澳大利亚莫纳什大学John Beardall教授、美国南加州大学David A Hutchins教授和集美大学刘静雯教授。该研究获得国家自然科学基金国际合作项目（42361144840）的支持。
Fu, Q., Huang, R., Li, F., Beardall, J., Hutchins, D.A., Liu, J. and Gao, K. (2024), Warming and UV Radiation Alleviate the Effect of Virus Infection on the Microalga Emiliania huxleyi. Plant, Cell & Environment.
https://doi.org/10.1111/pce.15262
