丝裂霉素C对淡水蓝藻的毒性效应与溶原性研究新发现

ABSTRACT
微囊藻（Microcystis）主导的有害藻华（HABs）在全球淡水生态系统中频繁爆发，但其在病毒存在下的高密度生存机制仍是未解之谜。溶原性（lysogeny）及其衍生的同源免疫（homoimmunity）被认为是潜在解释。本研究通过经典丝裂霉素C（mitomycin C）诱导实验，对2019年伊利湖微囊藻水华群落进行检测，发现1 mg L^?1浓度处理48小时后，病毒样颗粒（VLPs）数量未增加，而蓝藻转录活性被完全抑制。后续实验室研究表明，0.1 mg L^?1可能是更适宜淡水蓝藻研究的浓度。

INTRODUCTION
微囊藻水华对生态系统的负面影响已被广泛研究，而病毒（尤其是蓝藻噬菌体cyanophage）在其生态中的作用逐渐受到关注。尽管海洋系统中病毒对宿主丰度、多样性和代谢的影响已有充分证据，但淡水系统中相关研究仍较少。微囊藻在噬菌体存在下仍能达到2×10⁷ cells mL^?1的高密度，这似乎违背了"杀死赢家"（Kill-the-Winner）假说。溶原性可能通过原噬菌体（prophage）整合和同源免疫机制解释这一现象。

RESULTS
病毒颗粒计数与转录组变化
在磷限制（P-limited）和磷充足（P-replete）实验中，丝裂霉素C处理均未导致VLPs显著增加，反而在磷充足条件下使VLPs从1.5×10⁸ mL^?1降至6.9×10⁷ mL^?1。宏转录组分析显示，处理组中蓝藻转录占比从63%（对照组）骤降至2%，其中微囊藻转录活性降低92倍，而α-和β-变形菌（Proteobacteria）的转录占比分别从6%/4%升至33%/43%。

病毒表达谱的重编程
RNA病毒（如Kitrinoviricota）在处理组中表达显著增强，而蓝藻噬菌体（Uroviricota）活性降低。实验室验证显示，1 mg L^?1丝裂霉素C对微囊藻（M. aeruginosa）NIES-88和NIES-298H具有致死效应，而0.1 mg L^?1仅抑制生长。相比之下，丝状蓝藻如Raphidiopsis raciborskii对相同浓度表现出更强耐受性。

DISCUSSION
丝裂霉素C通过DNA交联（CpG位点鸟苷共价结合）抑制复制和转录。本研究发现标准浓度（1 mg L^?1）对淡水蓝藻属特异性毒性，这解释了先前溶原性检测失败的原因。值得注意的是，中国太湖的宏转录组研究曾观察到Ma-LMM01类噬菌体从裂解（lytic）向溶原（lysogenic）基因表达的季节性转换，暗示溶原性可能在藻华动态中起调控作用。

MATERIALS AND METHODS
实验采用伊利湖自然群落，通过1.2 L聚碳酸酯瓶进行原位培养。RNA提取后经Illumina NovaSeq平台测序（100 bp双端读长），数据通过VirSorter2和CheckV进行病毒注释。实验室培养采用CT培养基，叶绿素a荧光作为生物量指标。

这项研究不仅揭示了标准溶原性检测方法在淡水蓝藻研究中的局限性，更为探索病毒-宿主互作对藻华调控的生态机制提供了新视角。未来研究需优化诱导浓度，以揭示溶原性在微囊藻种群动态中的真实作用。

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