微藻共生菌Stenotrophomonas maltophilia通过群体感应信号分子提升Monoraphidium sp.叶黄素产量与生物刺激活性的机制研究

本研究针对微藻-细菌互作机制不明的问题，通过分离南极绿藻Monoraphidium sp.的共生菌Stenotrophomonas maltophilia，首次鉴定其分泌的6种酰基高丝氨酸内酯（HSLs），证实细菌添加使叶黄素产量提升40%至19.3±0.88 mg·g?1 DW，番茄/大麦发芽指数最高提升110%，为藻菌共生系统在农业生物刺激素和高值色素生产中的应用提供新策略。

　　

在极地冰川和深海热泉等极端环境中，微藻与细菌形成的共生关系如同微观世界的"星际联盟"，它们通过化学信号进行跨物种对话，共同应对恶劣环境。这种神奇的互作机制近年来成为藻类生物技术的研究热点，尤其是如何利用这种天然共生关系提升高附加值代谢产物的产量。传统微藻培养往往聚焦于光照、温度等物理参数优化，却忽视了其天然伴侣——细菌的调控作用。更关键的是，尽管已知群体感应（Quorum Sensing）信号分子如酰基高丝氨酸内酯（AHLs）在细菌通讯中起关键作用，但这些"微生物语言"如何影响微藻代谢网络仍存在巨大认知空白。

捷克科学院微生物研究所藻类生物技术实验室（Laboratory of Algal Biotechnology, Institute of Microbiology, Czech Academy of Sciences）的研究团队另辟蹊径，从南极绿藻Monoraphidium sp.的藻际圈（phycosphere）中分离到一株嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）。通过液相色谱-高分辨串联质谱（LC-HRMS/MS）技术，研究人员首次捕捉到这种细菌分泌的6种HSLs分子：3OHC12-HSL、3OHC10-HSL等信号分子。令人振奋的是，当把这些细菌"翻译官"重新引入微藻培养体系时，叶黄素（lutein）产量从对照组的13.7±1.87 mg·g^?1 DW飙升至19.3±0.88 mg·g^?1 DW，增幅达40%。更意外的是，这种藻菌共生体系产生的培养液对番茄和大麦种子的发芽促进效果最高提升110%，展现出"一藻两用"的应用潜力。该突破性成果发表于《Algal Research》，为设计新型藻菌共生生产系统提供了理论基石。

研究团队采用三大关键技术：首先通过培养依赖法从南极Monoraphidium sp.藻际分离细菌，利用LC-HRMS/MS精准鉴定HSLs种类；其次建立微藻-细菌共培养系统，比较叶黄素含量变化；最后采用种子发芽实验评估生物刺激活性，结合生长阶段分析时效关系。

【藻株与细菌分离】
从南极来源的Monoraphidium sp.藻际成功分离13株细菌，经16S rRNA测序确定S. maltophilia为优势菌株。该菌在BG-11培养基中分泌的HSLs通过C18反相柱分离，经轨道阱质谱鉴定出6种信号分子，包括3OHC14-HSL等新型衍生物。

【叶黄素生产增强】
细菌滤液处理组叶黄素含量显著高于对照组（p<0.05），且3OHC12-HSL处理组色素积累最快。透射电镜显示处理组藻细胞类囊体膜结构更致密，推测HSLs可能通过调控光合膜发育促进胡萝卜素合成。

【生物刺激活性】
对数期共培养滤液效果最佳，大麦发芽指数（110%）显著高于稳定期样品（55%）。GC-MS分析揭示处理组中赤霉素GA3含量升高，且与细菌产生的IAA（吲哚-3-乙酸）存在协同效应。

【分子互作机制】
qPCR检测发现HSLs处理组中psy（八氢番茄红素合成酶）基因表达上调2.3倍，同时细菌产生的维生素B12可能通过甲基化途径影响微藻一碳代谢。

这项研究首次揭示南极微藻与其共生细菌通过HSLs分子对话的精确机制，证明微生物"社交网络"可定向调控高值代谢物合成。其创新性体现在三方面：技术上建立藻菌互作研究新范式，理论上阐明HSLs跨界调控机制，应用上开发出叶黄素增产和生物刺激剂生产的双赢策略。特别是3OHC12-HSL的促生作用为设计"藻菌鸡尾酒"生物制剂提供分子蓝图。未来通过合成生物学手段改造HSLs合成通路，或将开创微藻精准育种的新纪元。正如通讯作者Kumar Saurav指出："这项研究证明微生物世界的古老语言，可以转化为绿色生物制造的现代密码。"