单细胞转录组学揭示纳米纤毛虫混合营养策略的关键基因差异

本研究通过单细胞转录组技术解析了地中海东部五种纳米纤毛虫的混合营养机制。研究人员聚焦光合作用(ko00195)和吞噬相关通路(ko04145/ko04142)，发现除光合基因外，溶酶体酶(如cathepsin Z)和代谢途径(如ALG7、ECHS1)的差异可能是区分混合营养与异养的关键。该成果为理解海洋微生物食物网能量流动提供了新视角，发表于《Microbial Ecology》。

　　

在广袤的海洋微生物食物网中，纳米级纤毛虫(<20μm)扮演着能量传递"微型枢纽"的角色。这些单细胞生物既能捕食浮游细菌(异养)，又能通过保留猎物体内叶绿体进行光合作用(混合营养)，但这种双重生活方式的分子机制始终成谜。更棘手的是，传统形态学分类对这类透明脆弱的微生物束手无策，而现有基因组数据多来自淡水纤毛虫(如四膜虫)，与海洋种群差异显著。

希腊海洋研究中心(Hellenic Centre for Marine Research)的Filomena Romano团队选择地中海东部超寡营养海域为天然实验室，捕获了五种游动迅速的纳米纤毛虫。通过单细胞RNA测序技术，研究人员像拆解微型"黑匣子"般，首次同步解析了这些生物的进化身份与代谢工具包。他们发现两个无壳样本竟属于传统认为具壳的丁丁虫类(Tintinnida)，而另外三个则聚类在寡毛虫目(Oligotrichida)中。更令人惊讶的是，混合营养型纤毛虫可能通过独特的溶酶体酶组合(如cathepsin Z而非cathepsin C)来选择性保留叶绿体，同时依赖特殊的糖基化酶(ALG7)和脂肪酸代谢酶(ECHS1)维持这套"借来的太阳能板"。这项发表于《Microbial Ecology》的研究，为理解海洋碳循环的微观驱动机制提供了新靶点。

关键技术包括：1)手工分离32个表层水体纳米纤毛虫并清洗3次排除共生体干扰；2)SMART-Seq v4构建单细胞cDNA文库；3)MAFFT和RAxML构建18S/28S rRNA系统发育树；4)KEGG注释结合双向BlastP筛选同源基因；5)BUSCO评估转录组完整性(50-60% Alveolata保守基因)。

【Phylogenetic Clusters】
通过207个18S/28S rRNA基因串联分析，无壳样本Cell6/9与丁丁虫Eutintinnus形成高支持度分支(BS=100,PP=1)，而Cell1/3/5则与寡毛虫Strombidium caudispina聚簇。这提示传统形态分类可能遗漏了丁丁虫的无壳生活阶段。

【Search for Protein Related to Photosynthesis】
在异养型Strombidium inclinatum中意外检测到光合电子传递链基因petC(编码Rieske铁硫蛋白)，说明单纯依靠光合基因无法区分营养类型，印证了叶绿体可能自主维持活性的假说。

【Proteins Related to Phagosome】
双向同源比对发现，混合营养型Strombidium rassoulzadegani与Cell3特异性共享溶酶体酶cathepsin Z(CTSZ)，而其他异养种仅含cathepsin C。这种酶学差异可能解释为何混合营养体能选择性消化猎物细胞器。

【Search for Proteins Related to General Metabolic Pathways】
ALG7(糖基转移酶)和ECHS1(烯酰辅酶A水合酶)等代谢基因的保守性，暗示混合营养需要特殊的物质运输和能量转换机