中国科学院南海海洋研究所研究员何毛贤团队在海马冷泉大型底栖生物多样性及环境适应性方面取得进展，揭示了南海海马冷泉典型底栖生物遗传多样性及海马大偏顶蛤Gigantidas haimaensis 与佩氏鳃磷虫Branchipolynoe pettiboneae 寄生关系机制，相关成果相继发表在Frontiers in Marine Science（《海洋科学前沿》）和Frontiers in Microbiology（《微生物学前沿》）。
海马冷泉是目前我国发现最大的深海冷泉生态系统，为研究南海深海生物生命起源与演化等科学问题提供了重要场所。但目前对海马冷泉生态系统中底栖生物的多样性特征、特殊生物学现象的认识还不够深入和系统。
研究团队利用ROV原位调查的方法对海马冷泉4个位点进行了底栖生物多样性调查，共发现12种大型底栖生物，隶属于5门12科。CLUSTER和NMDS分析表明，4个站位可明显分为贻贝床（Mussel bed community）与伴溢蛤床（Vesicomyid clams community）两种群落结构，其中贻贝床群落结构中底栖生物物种多样性明显高于伴溢蛤床。基于物种优势度值的结果，表明海马大偏顶蛤G. haimaensis、佩氏鳃磷虫B. pettiboneae、海马蛇尾Histampica haimaensis 分别为海马冷泉软体动物、节肢动物、棘皮动物中典型的底栖物种。线粒体COI基因序列分析表明上述3种海马冷泉典型底栖生物表现出高单倍型低核苷酸多样性的特点。
为进一步评估海马冷泉最典型的大型底栖生物海马大偏顶蛤的遗传多样性，利用ATP6、NAD4 及COI 3个线粒体基因及全基因组SNPs标记评估了其遗传多样性与遗传结构特征。基于线粒体基因标记，H1和H2站位的海马大偏顶蛤未出现显著性的遗传分化，但基于全基因组SNPs 标记，两位点的海马大偏顶蛤体间却出现显著的遗传分化，并表现出遗传斑块（chaotic genetic patchiness ,CGP )现象。研究结果发表在Frontiers in Marine Science（2022，9：920327）。
图1 海马冷泉大型底栖生物门水平与种水平的相对丰度
图2 基于COI、NAD4 和ATP6的海马大偏顶蛤单倍型网络图
图3 海马大偏顶蛤2个站位间的STUCTURE分析（基于SNPs）
在这些底栖物种中，佩氏鳃磷虫通常寄生在海马大偏顶蛤中，并被认为佩氏鳃磷虫通过寄生来适应深海极端环境，研究表明宿主共生微生物对宿主适应外界环境的应激发挥着重要的作用，但其寄生对于宿主的影响机制并未明确。
研究团队比较了佩氏鳃磷虫寄生组(PA组)和未寄生对照组(NPA组)海马大偏顶蛤鳃基因表达和共生微生物群落结构变化。结果表明，佩氏鳃磷虫寄生导致了宿主海马大偏顶蛤鳃中共生微生物多样性显著降低，但化能共生菌相对丰度显著升高，并引起宿主蛋白和脂类的合成代谢基因显著上调，而免疫、生长相关基因显著下调；相关性分析表明，宿主蛋白和脂质合成代谢基因的表达与化能自养共生菌的相对丰度呈现显著正相关。即佩氏鳃磷虫的寄生通过提高宿主对营养需求，从而导致宿主化能共生菌相对丰度及营养合成代谢基因的显著提升，从而更有利于从宿主获得营养物质。研究结果发表在Frontiers in Microbiology。
图4 佩氏鳃磷虫寄生在海马大偏顶蛤示意图
图5 NAP和PA的微生物群落结构和多样性
图6 海马大偏顶蛤NPA和PA鳃转录组差异表达基因及KEGG功能富集
本研究较为全面地阐释了我国南海海马冷泉生态系统大型底栖生物物种多样性、群落结构多样性及遗传多样性特征，并初步揭示了深海化能生态系统佩氏鳃鳞虫寄生对寄主深海贻贝的影响机制，为我国南海海马冷泉生态系统的开发与保护及冷泉底栖生物的环境适应性机制提供了新的科学数据和参考依据。
南海海洋所博士研究生姚高友为第一作者，何毛贤研究员为通讯作者。研究工作得到了南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项，广东省基础与应用基础研究重大项目的联合资助。
相关论文信息：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.920327/full，https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.940766/abstract
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