褪黑素通过与脱落酸和赤霉素的相互作用来促进甲藻囊肿的萌发

《Harmful Algae》：Melatonin promotes dinoflagellate cyst germination by crosstalk with abscisic acid and gibberellin

甲藻休眠胞萌发受外源褪黑素（MEL）调控，低浓度（1-8 μM）促进萌发，高浓度（>100 μM）抑制萌发，且MEL与ABA、GA3存在交互作用：拮抗ABA（抑制ABA合成基因、激活ABA分解基因）而协同GA3（增强GA合成及受体表达），揭示MEL通过调控ABA/GA3信号网络参与甲藻休眠释放机制。

　　这项研究探讨了褪黑素（MEL）在调节海洋浮游植物中休眠囊的萌发过程中的作用，特别是与两种已知与休眠相关的主要植物激素——脱落酸（ABA）和赤霉素（GA3）之间的相互作用。研究对象是从海洋沉积物中分离出的浮游植物休眠囊集合，以及作为典型囊产生者的浮游植物种类 *Scrippsiella acuminata*。研究结果揭示了MEL在不同浓度下对休眠囊萌发的双重影响：当浓度超过100 μM时，MEL显著抑制了休眠囊的萌发，而当浓度在1.0–8.0 μM之间时，MEL则以剂量依赖的方式促进休眠囊的萌发。这一发现不仅展示了MEL在浮游植物中具有与植物激素相似的调节功能，还进一步揭示了其在调控休眠过程中的复杂机制。

浮游植物中的休眠囊在海洋生态系统中扮演着至关重要的角色。它们不仅能够存活长达150年，还能在特定条件下重新萌发，从而引发有害藻华（HABs）。休眠囊的萌发过程直接影响到浮游植物种群的动态变化，是藻华发生、发展和终止的关键环节。此外，休眠囊在遗传重组、种群扩散以及作为入侵物种的指示功能方面也具有重要作用。因此，了解休眠囊的萌发机制对于预测和管理有害藻华具有重要意义。

研究发现，MEL在浮游植物中的作用机制与植物激素存在一定的相似性。在植物中，ABA和GA3是调控种子休眠和萌发的两种主要激素，它们之间存在拮抗作用。ABA倾向于维持休眠状态，而GA3则促进种子萌发。然而，在浮游植物中，MEL表现出与ABA相似的调控模式，即在较高浓度下抑制萌发，而在较低浓度下促进萌发。这表明MEL可能通过影响ABA的代谢和信号传导来调节休眠囊的萌发过程。同时，MEL还与GA3表现出协同作用，通过增强GA3的合成和激活GA3受体来促进萌发。这种多激素之间的复杂调控机制为理解浮游植物休眠囊的生理行为提供了新的视角。

此外，研究还揭示了MEL在浮游植物中的广泛存在。最初，MEL被认为是动物体内松果腺分泌的一种神经激素，但近年来的研究表明，MEL是一种古老的分子，存在于几乎所有生物中。从植物中首次检测到MEL后，越来越多的证据表明，它在植物中也具有重要的生理功能，如调节生长发育、根系结构、种子萌发、光合作用、延缓衰老以及增强抗逆性。因此，MEL在植物中被提出应作为新型植物激素进行研究。而在浮游植物中，MEL的作用同样引人注目，它不仅参与了生物发光、抗氧化应激和光合作用效率的调节，还被发现能够诱导无性生殖产生的休眠囊形成。

本研究进一步验证了MEL在浮游植物休眠囊萌发中的作用，并探讨了其与ABA和GA3之间的相互作用。通过实验，研究人员发现MEL在不同浓度下对休眠囊的萌发具有不同的影响。例如，在1 μM浓度下，MEL显著促进了休眠囊的萌发，而在10 μM浓度下，虽然也具有促进作用，但效果不显著。当浓度增加到100 μM及以上时，MEL则表现出显著的抑制作用。这一浓度依赖性的调节模式表明，MEL在浮游植物中具有类似于植物激素的调节功能，但其作用机制可能更为复杂。

在浮游植物中，MEL与ABA和GA3之间的相互作用也具有重要的生态意义。ABA在维持休眠状态方面起着关键作用，而GA3则促进萌发。MEL在这一过程中表现出对ABA的拮抗作用，即在高浓度下抑制ABA的合成并促进其降解。同时，MEL还与GA3表现出协同作用，通过增强GA3的合成和激活其受体来促进萌发。这些发现不仅揭示了MEL在浮游植物中的作用机制，还为理解多激素之间的相互作用提供了新的证据。

本研究的另一个重要发现是，MEL在浮游植物中不仅影响休眠囊的萌发，还可能通过调控多种激素的代谢和信号传导来影响整个生命周期。通过分析海洋沉积物中的休眠囊集合，研究人员发现，有947个基因与九种植物激素（包括生长素、ABA、GA、细胞分裂素、乙烯、油菜素内酯、茉莉酸、水杨酸和褪黑素）的代谢和信号传导相关。这表明，在浮游植物中，休眠囊的调控可能涉及多种激素的协同作用，而MEL可能在其中扮演着重要的角色。

此外，研究还发现，MEL在浮游植物中的作用可能受到环境因素的影响。例如，低温和黑暗这两种在海洋沉积物中常见的环境信号，对ABA和GA的基因表达具有相反的影响。在低温条件下，ABA的积累增加，而GA的水平降低，这与自然埋藏的浮游植物休眠囊中高休眠性的激素特征相符。而在黑暗条件下，GA的合成和活性增加，这可能促进了休眠囊的萌发。因此，MEL在浮游植物中的作用可能不仅限于单一激素的调控，而是通过与其他激素的相互作用，共同调节休眠状态的维持和释放。

综上所述，这项研究为理解MEL在浮游植物中的作用提供了新的证据。MEL不仅在调控休眠囊的萌发方面具有重要作用，还可能通过与ABA和GA3的相互作用，影响整个生命周期的调控。这些发现不仅拓展了我们对MEL在生物中的作用机制的认识，还为未来研究多激素在浮游植物中的协同作用提供了理论基础。同时，这些研究结果也为海洋生态系统的管理和预测提供了新的视角，特别是在有害藻华的发生和控制方面。