中国科学院南海所巩三强研究员及其合作者解析了冷水珊瑚共生微生物多样性及其功能之谜！

近日, 中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室博士、广西南海珊瑚礁研究重点实验室客座研究员巩三强与合作者解析了冷水珊瑚共生微生物多样性及其功能之谜。相关研究以“Unfolding the secrets of microbiome (Symbiodiniaceae and bacteria) in cold-water coral”为题发表在美国微生物学会期刊 《Microbiology Spectrum》 (中科院一区top)上。巩三强为论文的第一作者，中国科学院南海海洋研究所赵美霞研究员、广西南海珊瑚礁研究重点实验室余克服教授为论文的共同通讯作者。

珊瑚礁生态系统是目前已知的地球上现存的古老的、生物多样性较高的、具有重要生态服务价值和应用价值的海洋生态系统之一，被誉为海洋中的“热带雨林”。珊瑚礁生态系统在寡营养海水中的形成与繁衍，主要依赖于珊瑚及与其共生的微生物在长期进化过程中形成的珊瑚微生态系统。构成珊瑚微生态系统的生物包括: 珊瑚宿主、共生虫黄藻、细菌等。其中，共生虫黄藻通过光合作用为宿主珊瑚提供有机碳、氮等营养，宿主珊瑚为共生藻提供适宜生存的微环境及光合原料，两者相互依存，构成互惠互利的共生关系。

冷水珊瑚一般生存于弱光低温水深50-4000 米的海洋中。由于受到潜水设备及调查成本等因素的限制, 过去很长时间有关南海珊瑚礁及其珊瑚相关的调查研究主要集中在热带浅水海域, 而人们对冷水珊瑚群落(林)及冷水珊瑚共生微生物多样性及其功能的认识知之甚少。近些年来, 随着我国海洋强国战略的实施, 我国深海科考重器“蛟龙”号, “深海勇士”号, “奋斗者”号陆续下水, 它们在深海科考中的应用为我们探索解密冷水珊瑚群落(林)形成繁衍及冷水珊瑚共生等科学问题提供了可能。

该研究借助“深海勇士”号载人潜水器, 在我国南海北部海域水深260-370米不同站位采集了3种不同类型的冷水珊瑚样本(Narella versluysi, Heterogorgia uatumani, Muriceides sp.), 结合高通量基因测序及组织切片观察等技术, 首次在冷水珊瑚中确证了具有细胞活性的虫黄藻类群(Cladocopium 和Durusdinium)的存在,并在基因转录水平重构了完整的冷水珊瑚中虫黄藻的关键代谢途径, 包括光合碳固定等。同时该研究初步界定了几个丰度较高的细菌新类群, 其中包括两个潜在的细菌新门: 命名为珊瑚三(Coralsanbacteria)和珊瑚强(Coralqiangbacteria)细菌门, Coralsanbacteria可能是光合细菌蓝藻的祖先类群, 并在基因转录水平重构了完整的冷水珊瑚中细菌的关键代谢途径, 包括古老的非光合CO2 固定通路(the Wood-Lijungdahl pathway), 硫循环通路(inorganic sulfur assimilation and organic sulfur disassimilation pathways), 短链脂肪酸合成通路(short chain fatty acids synthesis pathways for acetate, butyrate, and propionate)等。

该研究拓展了人们对共生虫黄藻分布范围的认识, 发现虫黄藻可以生存于370m水深的冷水珊瑚中; 发现细菌通过非光合碳固定途径为冷水珊瑚宿主提供有机碳来源帮助其适应弱光低温的深水生境。 该研究提示冷水珊瑚微生态系统可能是海洋中微生物多样性比较高的热点区域,。 该研究为进一步深入解析深水生境中冷水珊瑚共生体共生机制及其环境适应机理奠定了基础。

该研究得到了国家重点研发计划、广东省自然科学基金、广西南海珊瑚礁研究重点实验室开放基金、中央公益性研究基金等项目的资助。

图1.珊瑚样本(A1-A3, 浅水来源的常见热带珊瑚, 对照样本; B1-B3, 冷水珊瑚样本)

图2. 不同类型珊瑚中检测到的丰度较高的2个潜在的细菌新门(红色圈)

图3.重构的虫黄藻关键代谢途径(三角型表示冷水珊瑚相关基因)

图4. 重构的细菌关键代谢途径(三角型表示冷水珊瑚相关基因)

图5. 冷水珊瑚共生微生物及其功能模式图(与浅水来源热带珊瑚相比较, 左热带珊瑚, 右边冷水珊瑚). 冷水珊瑚中虫黄藻密度低而细菌相对丰度高; 冷水珊瑚中细菌具有较强的无机氮/硫同化, 短链脂肪酸合成及非光合二氧化碳固定能力.

相关论文信息:

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.

文章链接：

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

• 信息来源：中国科学院南海所。
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