海藻降解过程中真菌与细菌的硫循环功能角色：基于PiCrust2的创新研究揭示褐藻(Ecklonia radiata)降解的微生物互作机制

这篇研究通过宏基因组学工具PiCrust2结合FUNGuild和FungalTraits数据库，首次系统解析了褐藻(Ecklonia radiata)降解过程中真菌与细菌在硫循环(S cycling)中的协同作用。研究发现342条细菌代谢途径在真菌中同样存在，其中194条与硫代谢直接相关，揭示了真菌通过NAD+依赖的氧化还原反应驱动二甲基磺基丙酸酯(DMSP)等气候相关化合物的生成，填补了海洋真菌功能研究的空白。

　　

微生物群落动态与组织特异性

研究通过21天的中宇宙实验模拟海滩条件，分析了褐藻(Ecklonia radiata)叶片(blade)和茎(stipe)降解过程中的微生物演替。高通量测序显示，真菌群落以子囊菌门(Ascomycota, 83.7%)为主，优势菌属为曲霉(Aspergillus)和镰刀菌(Fusarium)；细菌群落则以变形菌门(Proteobacteria, 63%)为主导，假交替单胞菌(Pseudoalteromonas)等多糖降解菌显著增长。茎组织表现出更高的电子传递和胺类降解活性，其特有的结构复杂性为真菌定植提供了生态位。

功能预测工具的交叉验证

研究创新性地将细菌功能预测工具PiCrust2的结果与真菌文献进行比对，在423条预测途径中发现342条(81%)在真菌中有文献记载。其中194条途径与硫代谢相关，包括：

• 直接途径：半胱氨酸合成、甲硫氨酸循环

• 间接途径：辅酶A代谢、NAD⁺依赖的氧化还原反应

  通过MetaCyc数据库验证，65条途径被明确标注为真菌代谢通路，包括8条需要多物种协作的嵌合途径。

硫循环的微生物分工机制

研究揭示了真菌通过三种独特方式参与硫循环：

1. 氮限制环境塑造：真菌通过胺氧化酶产生有毒醛类，迫使细菌转向硫呼吸途径

2. 氧化还原驱动：真菌过氧化物酶提升环境氧化还原电位，促进硫酸盐还原菌活动

3. 代谢前体供给：通过甲硫氨酸合成途径生成DMSP前体S-腺苷甲硫氨酸(SAM)

NAD⁺的核心调控作用

在茎组织中，NAD⁺合成途径表达量提升990倍，其功能包括：

• 维持低氧条件下的能量代谢

• 通过乙醇发酵实现NADH再氧化

• 调控DMSP合成关键酶MmtN的活性

  这种"代谢桥梁"作用解释了前期发现的真菌显著提升溶解无机碳(DIC)和总碱度(TA)的现象。

方法论突破与研究局限

该研究首次尝试用细菌工具解析真菌功能，但存在三大挑战：

1. 45%的真菌ASV无法鉴定到属水平

2. 内共生细菌干扰代谢途径归属

3. 水平基因转移(HGT)事件难以追踪

   作者呼吁建立真菌专属的PiCrust2等效数据库，特别需要扩展对非模式生物(如海洋子囊菌)的基因组注释。

生态与气候意义

褐藻年贡献1521±732 Tg C的初级生产力，其降解过程释放的DMSP是重要的气候活性物质。该研究证实真菌通过"代谢分流"机制将碳流导向硫循环，这一发现对完善海洋碳-硫耦合模型具有重要价值，也为海藻养殖的碳封存策略提供了微生物调控思路。