灣區(qū)時訊 近日, 中國科學院南海海洋研究所助理研究員鞏三強與其合作者，成功揭示了冷水珊瑚共生微生物多樣性及其功能之謎。相關(guān)研究成果發(fā)表在美國微生物學會的《Microbiology Spectrum》/《微生物光譜》期刊上。鞏三強為第一作者，南海海洋所研究員趙美霞和廣西南海珊瑚礁研究重點實驗室教授余克服為共同通訊作者。

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)被譽為“海洋中的熱帶雨林”，由于其生物多樣性高，為地球系統(tǒng)及人類提供了重大的生態(tài)服務和應用價值。在長期的進化過程中，珊瑚和其共生微生物共同形成了珊瑚微生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的成員包括珊瑚宿主、共生蟲黃藻、細菌等。

圖1.珊瑚樣本(A1-A3, 淺水來源的常見熱帶珊瑚, 對照樣本；B1-B3, 冷水珊瑚樣本)

圖2. 不同類型珊瑚中檢測到的豐度較高的2個潛在的細菌新門(紅色圈)

圖3.重構(gòu)的蟲黃藻關(guān)鍵代謝途徑(三角形表示冷水珊瑚相關(guān)基因)

圖4. 重構(gòu)的細菌關(guān)鍵代謝途徑(三角形表示冷水珊瑚相關(guān)基因)

圖5. 冷水珊瑚共生微生物及其功能模式圖(與淺水來源熱帶珊瑚相比較, 左熱帶珊瑚, 右冷水珊瑚). 冷水珊瑚中蟲黃藻密度低而細菌相對豐度高; 冷水珊瑚中細菌具有較強的無機氮/硫同化, 短鏈脂肪酸合成及非光合二氧化碳固定能力。

冷水珊瑚通常生活在光照弱、水溫低的海洋深水區(qū)，因此對于他們的研究，長期以來受到潛水設備和成本的限制。但隨著我國“深海勇士”號等深?？瓶计鞯耐度胧褂?，原本神秘的冷水珊瑚群落及其微生物多樣性和功能的研究得以實施。

研究團隊利用“深海勇士”號載人潛水器, 在我國南海北部260-370米不同站位采集了3種不同類型的冷水珊瑚樣本。通過高通量基因測序及組織切片觀察等技術(shù), 首次在冷水珊瑚中確證了具有細胞活性的蟲黃藻類群(Cladocopium 和Durusdinium)的存在,并在基因轉(zhuǎn)錄水平重構(gòu)了完整的冷水珊瑚蟲黃藻的關(guān)鍵代謝途徑, 包括光合碳固定等。同時,研究還初步界定了幾個豐度較高的細菌新類群, 包括新命名的珊瑚三(Coralsanbacteria)菌門和珊瑚強(Coralqiangbacteria)菌門。研究認為Coralsanbacteria可能是光合細菌藍藻的祖先類群, 并在基因轉(zhuǎn)錄水平重構(gòu)了完整的冷水珊瑚細菌的關(guān)鍵代謝途徑。

本項研究拓展了我們對共生蟲黃藻分布范圍的認識, 發(fā)現(xiàn)了珊瑚中細菌通過非光合固碳途徑提供有機碳給冷水珊瑚，幫助其適應弱光低溫的環(huán)境，同時揭示了冷水珊瑚微生態(tài)系統(tǒng)可能是海洋中微生物多樣性比較高的熱點區(qū)域。這一發(fā)現(xiàn)為深入研究冷水珊瑚共生體的共生機制和環(huán)境適應機理提供了堅實的基礎。

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省自然科學基金、廣西南海珊瑚礁研究重點實驗室開放基金、中央公益性研究基金等項目的資助。

相關(guān)論文信息: Sanqiang, G., jiayuan, L., Xuejie, J., Lijia, Xu., Meixia, Z., Kefu, Y. (2023). Unfolding the secrets of microbiome (Symbiodiniaceae and bacteria) in cold-water coral. Microbiology Spectrum. doi/10.1128/spectrum.01315-23.

文章鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01315-23

通訊員/李淑 王沐眾 徐曉璐

編輯/劉秀