《American Journal of Botany》：Exploring the lichenization continuum through the marine tripartite symbiosis of Collemopsidium pelvetiae
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前提：地衣形成真菌与褐藻（Phaeophyceae）之间的共生极为罕见。研究人员研究了海洋真菌Collemopsidium pelvetiae与其两个光合作用伙伴——褐藻Pelvetia canaliculata和一个蓝细菌共生体之间的相互作用，以探讨共生生物
前提：地衣形成真菌与褐藻（Phaeophyceae）之间的共生极为罕见。研究人员研究了海洋真菌Collemopsidium pelvetiae与其两个光合作用伙伴——褐藻Pelvetia canaliculata和一个蓝细菌共生体之间的相互作用，以探讨共生生物学、地衣化以及海洋环境中真菌-光合生物关联多样性的相关问题。
方法：研究人员结合了光学显微镜、结构照明显微镜模式（SIM）的荧光显微镜和透射电子显微镜（TEM）来表征叶状体结构、共生体界面和超微结构相互作用。基于扩增子的16S rRNA（核糖体RNA）测序对来自两个地区（西班牙北部和法国布列塔尼）的蓝细菌和异养细菌进行了分析。
结果：Collemopsidium pelvetiae与其两个光合作用伙伴以及异养细菌存在不同的相互作用。与Pelvetia canaliculata的相互作用局限于子囊壳下方的区域，菌丝穿透了外层无定形细胞壁层，没有明显的宿主防御反应。相比之下，与蓝细菌的相互作用涉及细胞内吸器的形成，最终导致蓝细菌共生体的死亡，表明一种受控的寄生关系或向地衣化的过渡阶段。出乎意料的是，C. pelvetiae还产生了类似吸器的突起进入异养细菌细胞，这种结构此前未在地衣共生中报道过。微生物组分析确定Pleurocapsa是最可能的与C. pelvetiae相关的蓝细菌共生体属，并揭示了一致的异养细菌群落，表明一种物种特异性的组合。
结论：这种海洋三方共生涉及不同的相互作用模式，挑战了严格的地衣定义。研究人员提出，地衣共生形成的是策略的多维连续体，而非单一的互利模型。
地衣的传统定义自19世纪末确立以来，始终是争议焦点。近年来的研究揭示地衣并非简单的真菌-藻类二元共生，而是包含细菌、酵母、次级光合生物等多种微生物的复杂生态系统，这促使学者反思地衣的本质。海洋环境中的地衣尤为特殊，它们常具有独特的光合生物、非典型叶状体结构或低分化的菌体，对经典地衣定义构成挑战。其中，Collemopsidium属代表了一个独立获得地衣化生活方式的谱系，其起源距今约2.3亿年。该属多数种仅与蓝细菌形成共生，而Collemopsidium pelvetiae却建立了一种罕见的三方共生：涉及海洋真菌C. pelvetiae、褐藻Pelvetia canaliculata以及一种蓝细菌共生体。此前，关于该相互作用的超微结构细节、蓝细菌共生体的身份以及非光合细菌的参与几乎未知。因此，研究人员开展本研究，旨在阐明C. pelvetiae三方共生的相互作用本质，探索海洋环境中真菌-光合生物关联的多样性，并为地衣定义的演变提供证据。
研究人员通过综合运用光学显微镜、结构照明显微镜（SIM）和透射电子显微镜（TEM）对来自西班牙北部（阿斯图里亚斯）和法国布列塔尼两个种群的C. pelvetiae样本进行了叶状体解剖学、共生体界面和超微结构相互作用的表征。同时，采用基于16S rRNA基因扩增子的高通量测序和宏条形码分析，对蓝细菌和异养细菌群落进行了分析，并结合系统发育分析确定蓝细菌的系统发育位置。研究得出，C. pelvetiae与其两个光合伙伴及异养细菌存在截然不同的相互作用模式，挑战了严格的地衣定义，并提出地衣共生是一个多维连续体的全新概念。该论文发表在《American Journal of Botany》。
关键技术方法：研究人员主要采用了以下关键技术：1) 光学显微镜和结构照明显微镜（SIM）观察新鲜手切片的明场、微分干涉差及荧光信号，结合三维重建分析菌丝与宿主细胞的接触形态；2) 透射电子显微镜（TEM）对固定、脱水、包埋后的超薄切片进行染色观察，详细解析共生体界面的超微结构；3) 基于16S rRNA基因V1-V2高变区的扩增子测序，对蓝细菌和异养细菌进行宏条形码分析，使用DADA2生成ASV表，并通过SILVA和CyanoSeq数据库进行物种注释及系统发育分析。样本来源明确为西班牙北部和法国布列塔尼的两个种群。
研究结果：
1. **菌体解剖学、共生体界面和界面超微结构**：通过显微镜和TEM观察发现，C. pelvetiae的子囊壳（perithecia）直接在P. canaliculata叶状体上形成，蓝细菌聚集在子囊壳下方褐藻表皮细胞上。真菌与褐藻的相互作用局限于褐藻细胞壁的无定形外层，菌丝穿透该层但不进入内部结构层，也未形成吸器（haustoria），且未观察到宿主防御反应。相比之下，真菌与蓝细菌的相互作用涉及细胞内吸器的形成，并观察到蓝细菌从健康（含吸器）到部分塌陷再到完全死亡被菌丝和细菌定殖的连续阶段，表明这是一种受控的寄生关系或地衣化的过渡阶段。此外，研究人员首次发现C. pelvetiae菌丝对异养细菌形成类似吸器的突起（peg-like projections），部分进入细菌细胞内部，这之前在地衣共生中未被报道。
2. **宏条形码分析**：通过16S rRNA测序分析，共回收372个ASV。蓝细菌中97.9%的序列属于Pleurocapsaceae科，系统发育分析显示这些ASV分布在至少12个独立支系中，最接近Waterburya、Stanieria、Myxosarcina等属，其中两个ASV（与Waterburya近缘）存在于所有样本，但蓝细菌共生体的确切属级身份尚不明确。异养细菌群落以Cytophagales、Flavobacteriales和Rhodobacterales为主，且部分ASV在多数样本中共享，提示存在与P. canaliculata相关的核心微生物组。
在讨论部分，研究人员对共生体身份和相互作用模式进行了深入分析。关于蓝细菌共生体，尽管多数序列属于Pleurocapsaceae，但未能确定单一优势物种，提出三种可能：C. pelvetiae与多种Pleurocapsaceae谱系随机组合、不同叶状体携带不同但形态相似的物种、或始终与Waterburya近缘谱系关联。关于真菌-褐藻相互作用，与已研究的Wahlenbergiella tavaresiae–Petroderma maculiforme和Mycophycias ascophylli–Ascophyllum nodosum共生相比，C. pelvetiae不形成结构化地衣菌体且菌丝不进入褐藻细胞内部，但观察到局部细胞壁溶解，类似其他地衣形成真菌的吸器行为，排除了纯粹寄生的解释。真菌-蓝细菌相互作用中，细胞内吸器的存在和蓝细菌细胞死亡表明一种剥削性关系，但地衣共生中这种“收获互惠”（harvesting mutualism）并不罕见。真菌-异养细菌相互作用中发现的类似吸器结构是此前未被描述的，可能为真菌提供营养来源。最后，研究人员指出C. pelvetiae不符合传统地衣定义中菌体作为“外居者”（exhabitant）保护光合生物的标准，也不能满足光合生物为“形态未分化的单细胞或丝状藻类”的条件，因此更接近“菌藻共生”（mycophycobiosis）概念。然而，考虑到蓝细菌在子囊壳周围的增殖以及地衣化策略的多样性，研究人员提出将地衣共生视为一个多维连续体，其中不同谱系交换的商品和服务类型及代价-收益各有不同。本研究结论翻译如下：这种海洋三方共生涉及不同的相互作用模式，挑战了严格的地衣定义。研究人员提出，地衣共生形成的是策略的多维连续体，而非单一的互利模型。
