Advanced Science | 浙江大学肖溪团队发现一类新型高效化感抑藻剂——鞘氨醇类天然分子

以下文章来源于迈维代谢MetWare ，作者小维

在全球范围内，气候变化和水体富营养化加剧了有害藻华（harmful algal blooms）的发生，使水生生态系统和沿岸居民生活、经济遭受严重破坏。植物或微生物等天然来源的化学信息素——化感物质（allelochemicals），具有生态安全性高、作用特异性强、生物兼容性好等特点，正逐渐成为消除有害藻华的新兴武器。

2023年7月3日，浙江大学海洋学院肖溪教授课题组在Advanced Science 在线发表题为“Natural Algaecide Sphingosines Identified in Hybrid Straw Decomposition Driven by White-Rot Fungi”的研究论文。该研究采用非靶向比较代谢组学方法，在白腐真菌强化秸秆降解过程中，发现了一类可有效抑制多种典型有害藻生长的化合物——鞘氨醇类天然分子。

与此前已被报道的强效天然化感物质相比，鞘氨醇类化合物对典型有害藻的半数有效抑制浓度（IC50）低1个数量级以上；且对于通常被认为是有益藻的绿藻，例如小球藻（Chlorella sp.），有效抑制剂量的鞘氨醇无明显抑制效应。新抑藻化感物质——鞘氨醇类天然分子的发现，可望为藻华化感控制提供新的解决方案。

利用农作物秸秆对水体藻类的控制应用最早可以追溯到20世纪80年代，由一位英国农民偶然观察到：他发现往湖水中添加腐烂的干草，会降低来年水体中丝状藻的数量。这种操作简单、成本低廉却效果显著的控藻方法，很快在全球河流、湖泊、水库等水体中得到了推广与运用。然而，在实际应用中，新鲜秸秆需要历经2~3月的微生物降解作用才能发挥抑藻效应，且作用效果不稳定。对近几十年来200多个秸秆抑藻案例分析发现，有23%的案例最终并未能够控制藻华的发生，其主要原因是秸秆降解路径的复杂性和降解产物的不确定性。

该研究首先选取3种可高效降解天然木质纤维素的白腐真菌，对大麦、小麦、油菜、玉米、水稻这5种全球主要农作物秸秆废弃物进行强化降解，并测试秸秆腐解液的抑藻效果。结果表明，白腐真菌的强化降解作用，可不同程度地提高秸秆腐解液的抑藻效果、缩短其迟滞期。随后，以云芝栓孔菌（Trametes versicolor）对油菜秸秆的强化降解作用为例，该研究深入解析了抑藻性能的时间变化特征；并采取非靶向的比较代谢组学和物质-活性相关性分析手段，筛选主导抑藻效果提升的天然分子。

对降解过程中含量变化最大的6种代谢物（甲硫氨酸、甘磷酸胆碱、二氢鞘氨醇、邻氨基苯甲酸、DL-丙氨酰-DL-苯丙氨酸、4-羟基鞘氨醇）进行抑藻活性验证，发现这些天然分子均表现出很好的抑藻效果，其中二氢鞘氨醇（IC50 0.11 mg/L）和4-羟基鞘氨醇（IC50 0.56 mg/L）抑藻活性最强。进一步地，选取多种鞘氨醇类天然分子，开展抑藻活性测试，发现鞘氨醇类物质二氢鞘氨醇（sphinganine）、4-羟基鞘氨醇（phytosphingosine）、鞘氨醇（sphingosine）、N-乙酰鞘氨醇（N-acetylsphingosine）对所测试的6种典型有害藻类均具有良好的抑制效果，而对小球藻并没有明显的抑制作用。利用生态毒理学软件（Toxicity Estimation Software Tool v 5.1）对鞘氨醇类物质开展毒性评估，发现鞘氨醇类物质不具有发育毒性和致畸变毒性；在抑藻剂量下，鞘氨醇类物质对水生生态系统其他生物（梨形四膜虫、大型溞、黑头呆鱼）和小鼠均无明显影响。

鞘氨醇的发现与作用机制（a白腐真菌强化降解油菜秸秆；b降解油菜秸秆代谢物指纹图谱；c二氢鞘氨醇（DHS）与受体蛋白分子对接；ES：秸秆浸提组; ESF：秸秆腐解组 ）

作为鞘脂生物合成的中间体，二氢鞘氨醇和4-羟基鞘氨醇在真菌和植物中均有发现，并可作为信号分子参与生长调节、细胞迁移和细胞凋亡等多种生物学功能。作为真核细胞膜质膜和内膜系统的关键组成部分，鞘氨醇结构与脂质双层高度相似。与大多数天然高效化感化学物质比，鞘氨醇细胞膜通透性较高。初步研究发现，鞘氨醇类物质可破坏藻类光合作用系统和抗氧化系统、影响藻类对二氧化碳的吸收、诱导藻类细胞凋亡。

综上，该研究采取非靶向代谢组学方法，发现了一类新型高效化感抑藻剂——鞘氨醇类天然分子，预期未来可为藻华化感控制提供新的解决方案。

论文第一作者为浙江大学在读博士研究生胡景，通讯作者为浙江大学肖溪教授。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202300569

转自：“iNature”微信公众号

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