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单细胞光合微型真核生物硅藻，广泛存在于淡水和海洋环境中，负责地球约五分之一的碳固定，占全球每年氧气释放量的 25%。海洋浮游生物（包括硅藻）采用多种营养策略，包括光自养、异养和混合营养。有些物种在有光的情况下专门利用二氧化碳（光自养），而另一些物种则完全依靠有机物质维持生命（异养）。最近的文献表明，许多浮游生物成员可以熟练地同时进行光养和异养模式（即混合营养）。鉴于全球二氧化碳水平的变化，了解海洋中无机营养物的变化对硅藻的影响至关重要。
Cylindrotheca closterium在全球各地的阳光照射水柱以及底栖沉积物中繁衍生息,能够适应变化巨大的环境条件，并且在全球海洋中广泛分布，因此成为填补硅藻生物学知识空白的典型硅藻。
基因组规模代谢模型 (GEM) 是理解不同环境条件下代谢变化的重要计算工具之一。GEM 包含详细的基因组注释、基因产物、生物体内所有已知的生化反应以及生理功能。作者重建并手动整理了C. closterium环境菌株的GEM，以探索这种硅藻尚未表征的代谢能力。使用在各种生长条件下的实验测量验证了模型预测的通量，包括光自养、异养和混合营养条件。通过向细胞提供光和二氧化碳来维持光自养条件，而在异养条件下，细胞在黑暗中培养，没有二氧化碳，但有有机碳源。在混合营养期间，细胞可以同时获得光和二氧化碳，以及有机碳源。为了确定C. closterium在不同海洋环境中的作用，作者将全球海洋转录组学数据集与模型预测进行了比较，并揭示了C. closterium 对海洋不同部分营养物浓度升高的不同代谢反应。
最终文章提出了一个C. closterium的基因组规模代谢模型 ( i MK1961) ，该模型包含 1961 个开放阅读框和 6718 个反应。利用i MK1961 确定了应对生长条件剧烈变化的代谢反应特征。通过将模型预测与Tara Oceans 转录组学数据进行比较，原位揭示C. closterium的代谢过程。出乎意料的是，硅藻在 21% 的阳光照射海洋样本中仅以光自养方式生长，而大多数样本在光照下表现出混合营养（71%）或在某些情况下甚至是异养（8%）生活方式。结果表明C. closterium的代谢灵活性及其在全球碳循环中的潜在作用。
Figure. Metabolic network reconstruction and features of iMK1961.
Figure. Model predicted differential metabolic fluxes under elevated concentrations of nutrients.
参考文献
Manish Kumar et al.,Mixotrophic growth of a ubiquitous marine diatom.Sci. Adv.10,eado2623(2024).DOI:10.1126/sciadv.ado2623.
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