《Ecology and Evolution》：Revealing the Physiological Patterns of Dinoflagellates in North-Eastern Adriatic Phytoplankton
编辑推荐：
本研究通过宏转录组学方法首次系统揭示了亚得里亚海东北部浮游植物群落（>50μm）的年度演替规律，发现甲藻门(Dinoflagellata)全年保持最高代谢活性。研究通过月度采样（2021年4月-2022年3月）结合环境因子分析，阐明磷限制等环境压力驱动群落功能分异的机制，并深入解析甲藻通过光合自养与吞噬异养的双重营养策略适应营养盐波动的生理生态学特征，为理解近海生态系统功能提供了新的分子生态学视角。
研究背景与意义
亚得里亚海北部作为地中海盆地北缘的浅海生态系统，其水文动态受波河淡水输入和东亚得里亚海流共同影响，形成典型的磷限制海域。浮游植物作为海洋食物网的基础，其群落结构和生理活动对生态系统功能具有决定性作用。传统研究主要依赖显微镜观察和酶活性测定，而对群落水平基因表达动态的认知仍存在空白。本研究首次将宏转录组学技术应用于该海域浮游植物群落的年度监测，旨在从分子层面揭示其生理生态适应机制。
研究方法设计
研究团队于2021年4月至2022年3月期间，在靠近克罗地亚海岸的RV001（距岸1海里）和RV004（距岸3海里）两个站点进行月度采样。通过垂直网采（50μm网孔）获取大于50μm的浮游植物群落，采用Poly(A)富集策略构建mRNA文库，利用Illumina NovaSeq X Plus平台进行双端测序。生物信息学分析流程包括：SortMeRNA去除rRNA污染、Trimmomatic质量控裁、Trinityde novo组装、TransDecoder开放阅读框预测，以及Salmon定量分析。 taxonomic annotation基于MMETSP数据库，功能注释采用KEGG通路分析。
环境动态与营养盐特征
年度环境监测显示水温变幅为10.4-26.5°C，夏季出现显著的温度分层现象。盐度范围35.8-37.9，春末至夏季观测到表层盐度下降。营养盐数据分析证实该海域持续存在磷限制特征，总磷在6月出现峰值（DOP达3.7μmol/L），夏季多数时间处于耗尽状态。氮磷比（N:P）多数时间高于Redfield比值（16:1），仅在6月和3月出现低于16的情况。硅酸盐浓度在上半年较高，9-10月达到峰值（5.2-5.8μmol/L）后冬季降至0.2μmol/L以下。
甲藻代谢优势的发现
宏转录组数据分析显示，甲藻门在全年12个采样时间点均保持最高代谢活性，其转录本占比显著高于其他浮游植物类群。特别值得注意的是，春季夜光藻(Noctiluca)爆发期间，其代谢活性达到峰值（TPMSum>800,000），同时伴随Amphidinium、Azadinium、Dinophysis等属的高表达。夏秋季节则出现虫黄藻(Symbiodinium)的代谢优势（TPMSum>500,000），这一发现改写了对该海域浮游植物群落结构的传统认知。
群落演替的时空格局
非度量多维标度分析（NMDS）显示浮游植物功能组成呈现显著季节性聚类（R2=0.43，p=0.001），而站点间差异不显著。冗余分析（RDA）表明硅酸盐（p<0.001）、总磷（p<0.05）和温度（p<0.05）是驱动群落分异的关键环境因子。甲藻群落的功能响应最强（F=4.82），其代谢途径的季节性转换与环境因子变化呈现高度协同性。
甲藻营养策略的分子证据
通路分析揭示甲藻采用双重营养策略：春季高表达吞噬体(phagosome)、溶酶体(lysosome)和过氧化物酶体(peroxisome)相关基因，特别是组织蛋白酶(cathepsin)L（K01365）、B（K01363）、D（K01379）等蛋白酶基因；而夏秋季节光合作用相关通路（ko00195、ko00196）和氧化磷酸化（ko00190）通路表达上调。碳浓缩机制关键基因α-碳酸酐酶（K01672）的持续高表达，证实甲藻具备高效的光合碳同化能力。
细胞周期与代谢投资策略
遗传信息处理通路显示季节性投资转移：春季DNA复制（ko03030）、RNA聚合酶（ko03020）等增殖相关通路活跃；而其他季节偏向剪接体（ko04010）、核糖体（ko03010）等维持性通路。环境信息处理通路中，ABC转运蛋白（ko02010）和mTOR信号通路（ko04150）在春季高表达，钙信号（ko04020）和cAMP-PKG通路（ko04022）则在冬季占主导。
氮磷代谢的适应性调控
营养盐代谢基因表达呈现鲜明季节特征：春季铵转运蛋白（Amt家族，K03320）和脲酶（K01427）高表达，同时低亲和磷酸盐转运蛋白（SLC17A，K12302）和碱性磷酸酶（phoA，K01077）活跃；冬季则转向硝酸盐还原酶（K10534）和谷氨酰胺合成酶（K01915）等高表达。这些模式反映甲藻根据营养盐可用性灵活调整吸收策略的生理可塑性。
生态学意义与展望
本研究通过宏转录组学视角揭示了甲藻在亚得里亚海北部生态系统中的核心地位，其双重营养策略和代谢可塑性可能是应对环境变化的成功适应机制。虫黄藻等新型功能类群的发现，提示需要重新评估该海域的碳循环路径。未来研究需结合显微镜观察、代谢组学等多技术手段，并扩展至纳米级浮游植物群落，以全面解析海洋微生物网络的生态功能。
