南海珊瑚共生体生态适应与环境响应机制获揭示
近日，南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）（以下简称广州海洋实验室）海洋生物演化与保护生物学研究团队成功揭示了我国南海珊瑚共生虫黄藻和细菌的空间分布特征，阐明了从低纬度南沙群岛至高纬度南澎列岛的热和污染胁迫差异条件下不同珊瑚类群中优势共生微生物的变化趋势，并以此提出针对南海珊瑚进行分区保护的具体建议。相关成果发表于《保护生物学》。
珊瑚响应热胁迫和污染压力示意图。研究团队供图论文第一作者、广州海洋实验室助理研究员罗昊介绍，人类活动干扰加剧及气候变化（尤其是海洋热浪）导致全球珊瑚礁快速退化。珊瑚共生微生物广泛参与宿主代谢，能够增加珊瑚的环境耐受力。因此，了解珊瑚共生微生物组成及功能变化对于预测珊瑚对环境压力的响应以及指导珊瑚保护及修复至关重要。
据介绍，研究团队自2021年开始连续开展南海珊瑚礁生物多样性综合科考，研究调查覆盖了南沙、中沙、西沙群岛和海南岛、广东省沿岸的典型珊瑚岛礁及珊瑚群落。在此基础上，团队系统对南沙、中沙和西沙群岛、海南岛和广东省南澎列岛共587株160余种珊瑚样本进行了ITS2和16S扩增子测序，构建了南海全域珊瑚共生微生物组的空间分布图谱。
ITS2分析结果显示，Cladocopium和Durusdinium属虫黄藻占据绝对优势（相对丰度高达99.9%），虫黄藻丰富度随纬度升高而下降，在低纬度南沙群岛珊瑚中最高，而高纬度南澎列岛珊瑚仅为其三分之一。高纬度珊瑚的香农多样性指数显著高于低纬度珊瑚，且虫黄藻群落在属和亚支系水平均存在显著差异：低纬度珊瑚优势亚支系为D1、C3、C3u、C15、C71，高纬度珊瑚优势虫黄藻为C1。16S微生物多样性分析显示在细菌群落层面，假单胞菌门为珊瑚共生的绝对优势菌门（占比近50%），高纬度珊瑚的细菌多样性显著高于低纬度珊瑚。
南海珊瑚礁生态学系统。2024年5月，周文良拍摄于西沙七连屿。其中，低纬度珊瑚中Endozoicomonas等类群丰度更高，高纬度珊瑚则富集Ruegeria、Vibrio等细菌。冗余分析和方差分解分析证实海表温度是驱动珊瑚共生群落结构的最主要因素，但部分虫黄藻和细菌也受宿主种类和浊度等因素影响。一方面，不同珊瑚属与特定虫黄藻类型存在稳定关联，表明即使环境条件相似，珊瑚对共生虫黄藻仍具有明显的宿主特异性偏好。另一方面，细菌群落组成同样具有宿主属特异性，不同珊瑚类群的优势菌群存在明显差异。特别值得关注的是，杯形珊瑚等特定属表现出稳定的宿主-微生物互作特征，暗示着进化过程中形成的专性共生关系。
研究进一步发现低纬度珊瑚的耐热虫黄藻（Durusdinium、C3u、C15）丰度与丰富度均显著高于高纬度珊瑚，且二者均随纬度升高而下降，这一规律在多数珊瑚属中普遍存在；低纬度与高纬度珊瑚的细菌群落在脂类、碳水化合物、能量代谢等功能通路存在明显差异，低纬度珊瑚中甘油三酯与糖原的合成基因下调、降解基因上调，反映高温环境下珊瑚共生微生物的脂类和碳水化合物代谢周转更为活跃。这些结果表明珊瑚可以通过增加耐热虫黄藻丰度及调控细菌能量代谢来适应热压力。
论文通讯作者、广州海洋实验室研究员周文良表示，该研究全面解析了我国南海珊瑚共生虫黄藻、细菌组成的纬度梯度格局，揭示了珊瑚-虫黄藻-细菌共生功能体在广泛的空间尺度上响应与适应不同环境胁迫的调控策略，为南海及更广区域的珊瑚礁保护提供了两点重要启示：
一是可通过接种耐热虫黄藻和益生菌、并基于珊瑚亲缘关系定制化调控微生物组来提升低纬度高温区珊瑚的耐热性与抗逆性；二是建议控制陆源输入影响，减少富营养化、藻类竞争和疾病爆发等对大陆边缘低纬度珊瑚环境影响，降低珊瑚死亡风险。
相关论文信息：https://doi.org/10.1111/cobi.70239
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