藻类每年为地球贡献近一半的固碳量，是海洋碳汇的重要驱动者和气候调控者。自然环境中藻类与细菌密不可分，相互关系复杂，细菌对藻类的生长代谢和生态功能起着十分重要的调控作用。一方面细菌可促进藻类生长，例如前期我们发现固氮细菌群落可以支持聚球藻在不添加外源营养盐条件下长期存活，可能是寡营养大洋中驱动浮游植物固碳的重要力量（2022, Science Advances）；另一方面细菌可抑制甚至杀藻，在近海富营养化水体或藻华末期，溶藻细菌常被认为是导致藻华消亡的重要因素之一，并调节海洋生物泵碳汇过程。海洋中藻菌之间的相互作用涉及成千上万种不同分子的交流，但目前对这些小分子及其介导的菌藻互作关系与机理了解极少。
青岛能源所海洋碳汇与能源微生物研究组近日筛选到一株具有广谱杀藻活性的海洋细菌，研究发现该菌可通过合成并释放一种新的小分子物质3,3',5,5'-四溴-2,2-联苯二酚（简称4-BP）实现对硅藻、绿藻、甲藻等多种藻类的致死效应，并明确了4-BP的合成基因簇，其主要包括编码分支酸裂解酶、核黄素依赖性卤素酶和细胞色素P450的三个基因。进一步研究揭示4-BP的杀藻机理主要是抑制藻类光合系统电子传递链中的关键物质—质体醌-9的合成，同时严重干扰其他重要代谢过程。更重要的是，研究揭示4-BP的合成基因在全球海洋多种多样的细菌中广泛存在，是海洋中可被细菌用来抑制藻类的化学分子工具。室内模拟的藻华水体中添加4-BP后，发现赤潮藻的光合作用被明显抑制，有效阻止藻华暴发，证明了4-BP在藻华防治方面的应用潜力，同时提出4-BP有望被开发为一种新型的高效除草剂（已申报专利）。
相关研究成果近日发表于Nature旗下的生态学TOP期刊《The ISME Journal》。该工作是与中国海洋大学李德海教授合作完成，张增虎副研究员和李德海教授为论文共同第一作者，通讯作者为张永雨研究员。该工作得到了厦门大学焦念志院士和中国科学院大连化学物理研究所张丽华研究员等的协助，以及基金委、科技部以及中国科学院青年促进会项目经费支持。（文/图 张增虎）
细菌杀藻物质4-BP合成基因簇在全球海洋及多种细菌中的分布
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41396-023-01510-0
Zenghu Zhang#, Dehai Li#, Ruize Xie, Ruoyu Guo, Shailesh Nair, Huan Han, Guojian Zhang, Qun Zhao, Lihua Zhang, Nianzhi Jiao and Yongyu Zhang*. Plastoquinone synthesis inhibition by tetrabromo biphenyldiol as a widespread algicidal mechanism of marine bacteria. The ISME Journal (2023).
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