硅藻是浮游植物群落中最丰富且多样性最高的类群之一，作为海洋生态系统中至关重要的初级生产者，贡献了约20%的全球初级生产力。尽管表层海水中无机碳浓度较高，但浮游植物的光合作用会导致无机碳快速消耗，从而对硅藻的生长形成限制。除无机碳浓缩机制外，由藻菌相互作用驱动的混合营养生长（同时利用无机碳与有机碳）也对海洋硅藻类群优势的建立具有重要意义。然而，混合营养条件下硅藻与细菌相互作用的机制尚未完全阐明，这限制了对硅藻生态适应性及海洋碳循环调控机制的深入理解，也成为相关研究领域的关键挑战。
针对这一问题，中国科学院水生生物研究所胡晗华研究团队揭示了模式专性光合自养硅藻三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）与杆状细菌福尔山洛克式菌（Loktanella vestfoldensis）之间密切的相互作用关系，及其在硅藻碳适应机制中的重要作用。具体而言，当葡萄糖作为唯一碳源（GC）时，硅藻的生长依赖福尔山洛克式菌提供必要的碳源支持；当二氧化碳作为唯一碳源（AC）时，福尔山洛克式菌的生长则依赖于三角褐指藻；而在混合碳源（MC）条件下，二者呈现竞争关系，三角褐指藻优先利用无机碳，同时通过分泌抗菌物质（如对甲氧基苯甲酸、异烟酸等）抑制福尔山洛克式菌的生长。
图1. 不同碳源条件下，三角褐指藻与福尔山洛克式菌相互作用模式图
进一步对塔拉海洋（Tara Oceans）宏基因组数据的重新分析显示，洛克式菌（Loktanella）与硅藻频繁共存，并基于共现分析发现了洛克式菌与角毛藻（Chaetoceros）、海链藻（Thalassiosira）等硅藻之间存在密切关联，说明这种互作关系在海洋生态系统中具有普遍性。通过共培养实验也证实，在葡萄糖为唯一碳源时，福尔山洛克式菌能够支持牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）和假微型海链藻（Thalassiosira pseudonana）的旺盛生长。转录组与代谢组分析表明，在共培养条件下，三角褐指藻保持了光合自养代谢特征，参与无机碳浓缩和光合作用的基因表达上调；而共培养中的细菌可能为其提供CO2及促进生长的代谢产物，如吲哚-3-乙酸等。该研究系统揭示了不同碳源下细菌与硅藻之间的相互作用模式，为理解海洋硅藻对无机碳限制环境的适应机制提供了重要依据。
图2. 全球海洋中福尔山洛克式菌与硅藻的共现分析及硅藻与细菌共培养实验验证
上述研究成果以“Interactions with bacteria shape diatom adaptation to carbon concentration changes”为题发表在Nature Communications杂志上，胡晗华研究员为该论文的通讯作者，特别研究助理李晨杰为论文的第一作者。该研究得到了国家重点研发计划（2023YFA0914400）和国家自然科学基金（42376131）的资助。文章链接为：https://doi.org/10.1038/s41467-025-68050-3。
