近日, 中国科学院南海海洋研究所助理研究员巩三强与其合作者，成功揭示了冷水珊瑚共生微生物多样性及其功能之谜。相关研究成果发表在美国微生物学会的《Microbiology Spectrum》/《微生物光谱》期刊上。巩三强为第一作者，南海海洋所研究员赵美霞和广西南海珊瑚礁研究重点实验室教授余克服为共同通讯作者。
珊瑚礁生态系统被誉为“海洋中的热带雨林”，由于其生物多样性高，为地球系统及人类提供了重大的生态服务和应用价值。在长期的进化过程中，珊瑚和其共生微生物共同形成了珊瑚微生态系统，该系统的成员包括珊瑚宿主、共生虫黄藻、细菌等。
冷水珊瑚通常生活在光照弱、水温低的海洋深水区，因此对于他们的研究，长期以来受到潜水设备和成本的限制。但随着我国“深海勇士”号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样性和功能的研究得以实施。
研究团队利用“深海勇士”号载人潜水器, 在我国南海北部260-370米不同站位采集了3种不同类型的冷水珊瑚样本。通过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虫黄藻的关键代谢途径,包括光合碳固定等。同时,研究还初步界定了几个丰度较高的细菌新类群,包括新命名的珊瑚三(Coralsanbacteria)菌门和珊瑚强(Coralqiangbacteria)菌门。研究认为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细菌的关键代谢途径。
本项研究拓展了我们对共生虫黄藻分布范围的认识, 发现了珊瑚中细菌通过非光合固碳途径提供有机碳给冷水珊瑚，帮助其适应弱光低温的环境，同时揭示了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。这一发现为深入研究冷水珊瑚共生体的共生机制和环境适应机理提供了坚实的基础。
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(三角形表示冷水珊瑚相关基因)
图4. 重构的细菌关键代谢途径(三角形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.
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