不靠阳光和捕食，靠一套“神仙内循环”！华大等破解深海珊瑚生存之谜

想象一下，在伸手不见五指、冷得刺骨、压力极大、食物又极其稀少的深海里，美丽的深海珊瑚是如何生存，并构建起一片生机勃勃的海底“秘密花园”的？接触不到阳光，它们的能量从何而来？

11月20日，中国水产科学研究院黄海水产研究所、香港科技大学、华大生命科学研究院联合，在深海珊瑚与共生菌共演化机制研究中取得重要突破，揭示了深海珊瑚令人惊叹的生存智慧。相关成果发表于国际学术期刊《细胞宿主与微生物》（

Cell Host & Microbe

截图自 Cell Host & Microbe 官网

研究发现一种伪交替深海黑珊瑚，其体内有一套高效、稳定、功能互补的“共生系统”，以适应深海寡营养、低温、高压的环境。研究团队从宿主与共生菌两个层面系统揭示了其营养互补和免疫稳态协同维持机制，为解析极端环境下伪交替深海黑珊瑚的适应性策略与生态系统维持机制提供了关键科学依据。

伪交替深海黑珊瑚

研究概览

深海生存之谜

我们都知道，浅海珊瑚色彩斑斓，生机勃勃，靠的是它们体内的虫黄藻。虫黄藻通过光合作用，为浅海珊瑚提供能量。但深海一片漆黑，没有阳光，这里的珊瑚怎么办？

过去，科学家猜测它们可能靠捡上层海水飘下来的“海雪”（海洋生物碎屑）为生。但在食物极其稀少的深海，光靠这点“残羹剩饭”真的够吗？科学家们把目光转向了深海珊瑚的体内，怀疑真正的秘密武器可能藏在那些看不见的微生物里。

通过之前的研究，科学家们知道了“谁”住在深海珊瑚里面，却不清楚它们和深海珊瑚之间到底是如何分工合作的。为了解开这个谜团，研究团队以伪交替深海黑珊瑚为模型，对深海珊瑚进行了“地毯式”的基因解码，构建了宿主基因组、共生菌组成与多样性、优势共生菌基因组、空间定位、转录活性的全链条分析体系，最终揭示了这个共生体系的精妙运作模式。

深海珊瑚和它的“神仙队友”

研究团队成功组装获得了高质量伪交替深海黑珊瑚基因组，发现其与物质转运、免疫与炎症反应、溶酶体功能等相关的基因家族发生显著扩张，体现了以强化物质输入与内吞消化为核心的系统性适应机制。此外，伪交替深海黑珊瑚缺乏多种氨基酸与部分维生素的完整合成途径，从遗传基础上为宿主依赖共生菌实现营养互补的跨域协同机制提供了分子依据。

研究团队对来自南海与西太平洋跨不同水深与地理区域的14个样本进行共生菌组成与多样性分析，证实了伪交替深海黑珊瑚维系了一个独立于周边环境的独特共生菌群，而这个共生菌群组成保持简化且稳定的特征。这种高度简化的共生模式，支持了营养需求驱动下伪交替深海黑珊瑚对共生菌进行非随机选择的假说。

结合原位杂交链式反应（HCR），研究团队发现共生菌在伪交替深海黑珊瑚水螅体中广泛分布，显著富集于中胶层。中胶层具有良好的通透性，且富含类吞噬的变形细胞，不仅有利于小分子物质的双向扩散与循环，也为共生菌提供了相对安全的微环境，使得物质循环、免疫规避、稳态维持能够在同一组织空间中协同实现。

伪交替深海黑珊瑚体内共生菌群落结构与空间分布

研究团队还对伪交替深海黑珊瑚体内4种核心的共生菌进行了测序分析，重建了其高质量基因组草图。原来，珊瑚体内这群“神仙队友”虽然成员不多，但个个是精英，且分工明确：

· 首席营养师：氨氧化古菌

这是团队的绝对核心！能够氧化宿主代谢产生的氨，驱动有机碳与多种氨基酸、维生素的合成，最终将它们供给宿主，从而实现解毒与营养供给的双重功能。

· 金牌保健师：一种未被报道过的共生菌群

这位新朋友名叫

Ca. Bathybacter bathypathes

· 两位保镖：两种柔膜菌

深海里病毒无处不在，怎么办？伪交替深海黑珊瑚体内有两种柔膜菌（

Ca

. Bathyplasma bathypathes

Ca. Thalassoplasma bathypathes

相处模式揭秘

那么问题来了，这么多细菌住在体内，它们是怎么和谐共生的呢？伪交替深海黑珊瑚的免疫系统为什么不把它们当作入侵者消灭掉呢？

为了解决这个问题，研究团队构建了宿主调控共生菌稳态的分子模型：宿主内/外胚层细胞可能通过TLR13等模式识别受体识别共生菌相关分子模式，经由MyD88接头蛋白激活信号通路，诱导TNF-α等因子表达，进而招募中胶层变形细胞对共生菌进行可控的吞噬与溶酶体消化，实现适度清除、资源回收、数量调控的免疫稳态平衡。此外，C型凝集素、清道夫受体等其他模式识别受体也参与该过程的精细调控。

简单来说，就是伪交替深海黑珊瑚通过模式识别受体时刻监控着这群细菌的数量和状态。当细菌数量过多时，免疫系统会派出变形细胞进行适度的清理，把多余的细菌吞噬掉，甚至将其回收利用作为营养。这个模型系统阐释了为何简化且稳定的共生菌群能够在宿主体内实现长期稳定共存。

本研究系统揭示了伪交替深海黑珊瑚简化稳定、高效率、功能互补的共生新策略，阐明了营养供给、氨解毒、抗氧化、病毒防御、免疫稳态多重功能耦合的分子逻辑，为理解深海生态系统的物质循环、评估生物对极端环境的适应潜力及生态系统韧性提供了理论框架，将助力深海生物多样性评估和深海生物功能基因资源的挖掘。

中国水产科学研究院黄海水产研究所位战飞、香港科技大学兰奕、青岛农业大学孟丽慧为论文共同第一作者。中国水产科学研究院黄海水产研究所邵长伟研究员、香港科技大学钱培元教授、华大生命科学研究院孟亮研究员和刘姗姗研究员为论文共同通讯作者。本研究获得了国家自然科学基金青年科学基金项目、山东省自然科学基金青年项目、国家重点研发计划、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）项目、香港特别行政区政府基金、香港科技大学潘乐陶气候恢复与可持续发展中心项目、山东省海洋科学技术基金（青岛）国家海洋科学实验室试点项目、海南省重大科技项目、崂山国家海洋科学实验室“鳌山人才”培养计划，以及中国水产科学研究院中央公益性科研院所基本科研业务费的资助。本研究还得到了深圳市海洋生物基因组学重点实验室和海南省海洋生物资源利用技术创新中心支持。

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