近日, 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所助理研究員鞏三強(qiáng)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(guó)微生物學(xué)會(huì)的《Microbiology Spectrum》/《微生物光譜》期刊上。鞏三強(qiáng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授余克服為共同通訊作者。
珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)被譽(yù)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(lèi)提供了重大的生態(tài)服務(wù)和應(yīng)用價(jià)值。在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)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(chóng)黃藻、細(xì)菌等。
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(duì)于他們的研究，長(zhǎng)期以來(lái)受到潛水設(shè)備和成本的限制。但隨著我國(guó)“深海勇士”號(hào)等深海科考器的投入使用，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(shí)施。
研究團(tuán)隊(duì)利用“深海勇士”號(hào)載人潛水器, 在我國(guó)南海北部260-370米不同站位采集了3種不同類(lèi)型的冷水珊瑚樣本。通過(guò)高通量基因測(cè)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(xì)胞活性的蟲(chóng)黃藻類(lèi)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(chóng)黃藻的關(guān)鍵代謝途徑,包括光合碳固定等。同時(shí),研究還初步界定了幾個(gè)豐度較高的細(xì)菌新類(lèi)群,包括新命名的珊瑚三(Coralsanbacteria)菌門(mén)和珊瑚強(qiáng)(Coralqiangbacteria)菌門(mén)。研究認(rèn)為Coralsanbacteria可能是光合細(xì)菌藍(lán)藻的祖先類(lèi)群, 并在基因轉(zhuǎn)錄水平重構(gòu)了完整的冷水珊瑚細(xì)菌的關(guān)鍵代謝途徑。
本項(xiàng)研究拓展了我們對(duì)共生蟲(chóng)黃藻分布范圍的認(rèn)識(shí), 發(fā)現(xiàn)了珊瑚中細(xì)菌通過(guò)非光合固碳途徑提供有機(jī)碳給冷水珊瑚，幫助其適應(yīng)弱光低溫的環(huán)境，同時(shí)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(diǎn)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(jī)制和環(huán)境適應(yīng)機(jī)理提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、廣東省自然科學(xué)基金、廣西南海珊瑚礁研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金、中央公益性研究基金等項(xiàng)目的資助。
圖1.珊瑚樣本(A1-A3, 淺水來(lái)源的常見(jiàn)熱帶珊瑚, 對(duì)照樣本；B1-B3, 冷水珊瑚樣本)
圖2. 不同類(lèi)型珊瑚中檢測(cè)到的豐度較高的2個(gè)潛在的細(xì)菌新門(mén)(紅色圈)
圖3.重構(gòu)的蟲(chóng)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(xì)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(lái)源熱帶珊瑚相比較, 左熱帶珊瑚, 右冷水珊瑚). 冷水珊瑚中蟲(chóng)黃藻密度低而細(xì)菌相對(duì)豐度高; 冷水珊瑚中細(xì)菌具有較強(qiáng)的無(wú)機(jī)氮/硫同化, 短鏈脂肪酸合成及非光合二氧化碳固定能力.
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.
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