单株细菌爆发塑造硅藻户外培养崩溃过程中的微生物组生态

本研究通过多组学技术揭示了户外硅藻（Phaeodactylum tricornutum）培养崩溃事件中，黄杆菌科（Flavobacteriaceae）成员Kordia sp.的爆发式增长（占菌群93%）如何主导藻源性有机质降解，并通过拮抗机制（如T6SS分泌系统）和胞外酶（如SusC/D转运体、β-葡聚糖酶）重塑微生物群落。研究首次证实该菌通过裂解藻细胞释放生物聚合物，促进玫瑰杆菌科（Rhodobacteraceae）的交叉喂养（cross-feeding），为藻类工程系统崩溃的微生物调控机制提供新见解。

　　

藻类微生物组与生态系统功能
藻类主导的生态系统中，微生物组通过溶解性有机质（DOM）交换与宿主形成复杂互作网络。户外生物燃料池塘模拟了自然藻华环境，其中硅藻Phaeodactylum tricornutum的高密度培养易发生崩溃事件。研究通过16S rRNA测序、宏基因组和宏蛋白质组学，揭示了黄杆菌科Kordia sp.在硅藻崩溃期间的爆发机制及其对微生物组的塑造作用。

Kordia sp.的生态主导机制
在培养第29天，四个重复池塘的P. tricornutum种群同步崩溃，伴随Kordia sp.的相对丰度飙升至93%。宏蛋白质组数据显示，该菌表达大量与生物聚合物降解相关的蛋白，包括SusC/D型TonB依赖转运体（介导β-葡聚糖摄取）和糖苷水解酶（GH）。同时，抗菌蛋白如赖氨酸氧化酶（LodA）和VI型分泌系统（T6SS）组分的高表达，暗示其通过产生H₂O₂和细胞间竞争清除其他微生物，导致菌群α多样性显著降低。

交叉喂养驱动群落重组
尽管Kordia sp.具备强降解能力（携带255个CAZymes），共现的玫瑰杆菌科（如Nioella、Sulfitobacter）却缺乏复杂碳源代谢基因。实验室实验证实，Sulfitobacter sp. N5S仅在Kordia algicida预处理的藻裂解液中生长（增长率0.09 day^-1 vs 未处理组0.02 day^-1），表明后者通过释放小分子有机物支持玫瑰杆菌科的定植。宏基因组分析进一步揭示，玫瑰杆菌科普遍携带一氧化碳脱氢酶（COX）通路（90% MAGs含coxLMS基因），可能利用CO作为替代能源维持生态位。

工业与生态启示
该研究首次阐明藻类崩溃事件中，单一细菌通过"初级降解-交叉喂养"模式调控碳流分配。Kordia sp.的双重角色（藻类裂解者与菌群调控者）为生物燃料池塘稳定性管理提供靶点，其释放的DOM组成变化可能影响碳封存效率。玫瑰杆菌科的代谢灵活性（芳香化合物降解、光驱动代谢）则揭示了藻华消退期微生物的生存策略，为海洋生物碳泵模型提供新参数。