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《中国科学院烟台海岸带研究所发现海洋酸化损害水母刺细胞》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2024-07-28

  • 近日，中国科学院烟台海岸带研究所在海洋酸化对水母的影响及其机制方面取得新进展，相关成果以“CO2-induced seawater acidification impairs the stinging cells of a jellyfish”为题发表在Limnology and Oceanography。该研究发现海洋酸化会损害海月水母刺细胞，并对其捕食和生长产生负面影响，为理解和评估海洋酸化对水母类海洋生物的影响提供了重要科学依据。

    水母是近岸海域海洋生物的重要类群，会捕食浮游生物、鱼卵和仔鱼等生物，也会被鱼类、海龟、企鹅等捕食，因此也是海洋食物链的重要一环。尤其当水母暴发时，会对海洋生态系统物质循环和能量流动产生重要影响。有研究表明，海洋酸化可能会重塑捕食者与猎物的关系进而影响海洋食物链。然而，目前海洋酸化对水母类海洋生物摄食的影响及其机制仍不清楚。

    该研究以全球广布灾害水母海月水母（Aurelia coerulea）碟状体为研究对象，通过室内受控模拟实验，结合生理指标、转录组学和单细胞转录组学等技术手段，探究了海洋酸化对其摄食的影响及其机制。研究结果表明，海水酸化显著抑制了海月水母碟状体的摄食和生长。转录组学分析发现海洋酸化显著降低了海月水母碟状体毒素和刺丝囊相关基因的表达。刺细胞是水母等刺胞动物所特有的攻击和防御性细胞，对于其捕食至关重要。为验证海洋酸化是否影响刺细胞，研究团队开展了单细胞转录组测序分析，证实海水酸化损害了刺细胞的毒素活性和能量代谢。另外，酸化恢复实验表明，将酸化暴露的海月水母碟状体转移至正常海水中，其摄食、生长以及毒素和刺丝囊相关基因表达均显著升高。该项研究揭示了海洋酸化通过影响水母刺细胞进而影响水母摄食的新机制，为深入认识海洋酸化对水母类海洋生物的影响提供了新见解。

    中国科学院烟台海岸带研究所特别研究助理孙婷婷和博士生李勇学为论文的共同第一作者，董志军研究员为通讯作者，研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导专项、泰山学者计划等项目资助。

    相关论文信息：https://doi.org/10.1002/lno.12616

  • 原文来源：https://yic.cas.cn/xwzx/kydt/202407/t20240705_7213032.html
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  • 《中国科学院烟台海岸带研究所在海洋水母运动模式与逆向发育策略研究取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2024-07-28
    • 近日，中国科学院烟台海岸带研究所董志军研究员与南海海洋研究所林强研究员等合作在海洋水母运动模式与生活史策略研究取得新进展，揭示了灯塔水母平衡囊缺失及其逆向发育的进化特征与遗传基础。相关研究成果以“Genomic and single-cell analysesreveal genetic signatures of swimming pattern and diapause strategy in jellyfish”为题发表于Nature Communications。 水母具有极其复杂的生活史与环境适应策略，在适宜条件下，水母水螅体可通过出芽生殖进行快速种群增殖，并通过横裂生殖释放多个碟状体（The Innovation Geoscience,2024）；而在逆境条件下，可通过足囊生殖维持其种群的生存过程（Molecular Ecology,2024）。水母也是海洋中最古老的无脊椎动物类群之一，是海洋关键进化节点生物。在后生动物中，维持运动平衡感知的器官形式多样，从水母的简单平衡囊到哺乳动物的复杂内耳，其演化过程一直是学界探究的热点。平衡囊是水母定向和重力响应反馈系统的重要器官，切除平衡囊会导致水母运动定向功能和矫正功能受损。与其它水母相比，灯塔水母缺少平衡囊，表现出直线游动的运动特征，不同于有平衡囊水母（如海月水母）的自由游动形式。而灯塔水母这种独特的运动模式影响了其生存策略，在长期的演化过程中灯塔水母衍生出从水母成体到水螅体的逆向发育能力，据此，灯塔水母被称为“返老还童”的“永生水母”而闻名世界。然而，学界目前对该水母独特的运动模式和生存策略的遗传调控机制仍不清楚。 基于上述科学问题，研究团队组装了染色体水平的灯塔水母（Turritopsis rubra）和海月水母（Aurelia coerulea）基因组，并与其它刺胞动物基因组进行比较分析，发现灯塔水母的耳石形态发生和纤毛运动相关基因受到显著选择或缺失；对四种水母平衡囊的转录组比较分析也表明参与纤毛运动的基因在灯塔水母感觉器官中表达显著降低，推断其可能与灯塔水母无法形成平衡囊相关。 基于比较基因组学分析，发现“耳石形态发生”（OMs）的基因家族在灯塔水母中发生特异性丢失。据此，研究团队在海月水母中对该基因进行原位杂交和RNA干扰实验，发现该基因主要在海月水母平衡囊组织区域表达，而敲降该基因则会导致海月水母碟状体无法正常发育出平衡囊，证明该基因在水母平衡囊形成中发挥了重要功能。 在水母中，毛细胞（hair cell）位于平衡囊底部，对平衡石的定向输运及平衡囊正常功能至关重要。研究团队进一步解析了灯塔水母和海月水母的细胞图谱，并重点关注两种水母毛细胞基因表达模式差异。单细胞转录组跨物种比较分析表明，灯塔水母毛细胞表现出与微管运动活性、纤毛组装和动力蛋白复合物相关基因的低表达或不表达，这些基因被报道参与维持纤毛的摆动和运动以确保平衡石的组装和精确定位。此外，与细胞发育相关通路也在灯塔水母毛细胞中下调，可能导致形成无功能或功能障碍的毛细胞，进而导致灯塔水母的平衡囊缺失。 对灯塔水母五个发育阶段的单细胞转录组分析表明，在逆向发育过程中，滞育相关基因在囊（cyst）阶段显著富集，持续的休眠状态可能更有利于灯塔水母应对不利环境。此外，该研究发现囊和浮浪幼体的基因表达模式具有相似性，囊阶段干细胞及相关发育基因的表达也为囊在合适条件下重新萌发为新的水螅体提供细胞和遗传基础。 综上，该项研究揭示了灯塔水母平衡囊缺失及其逆向发育的进化特征与遗传基础，探讨了水母遗传学、运动模式和生存策略之间的复杂关系，为深入认识海洋动物运动演化和适应策略提供了新见解。 烟台海岸带研究所董志军研究员、王方晗博士生、李勇学博士生和南海海洋研究所刘雅莉副研究员为本文共同第一作者，南海海洋研究所林强研究员和烟台海岸带研究所董志军研究员、赵建民研究员为本文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家科技基础资源调查计划、国家重点研发计划、泰山学者计划、烟台海岸带研究所研究组群等项目联合资助。 相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49848-z
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  • 《烟台海岸带所在海月水母灾害早期发生研究取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：mall
    • 发布时间：2018-09-20
    • 海月水母（ Aurelia coerulea ）是全球广布性水母，在我国主要分布于黄渤海沿岸海域。近年来，海月水母暴发现象频繁发生，给海岸带生产活动带来许多负面影响，如：堵塞滨海发电厂冷却系统，严重影响用电供应；摄食海洋动物的卵和经济鱼类的幼体（幼鱼），与经济鱼类争夺饵料，影响渔业资源的恢复等，已成为近岸海域的主要生态灾害水母物种之一。海月水母具有浮游水母体和底栖螅状幼体交替的两个世代，其底栖螅状幼体被认为是种群暴发性增殖的源头和关键。 　　烟台海岸带所近海环境生态学与生境调控团队，通过 4 年多的野外综合调查，发现黄渤海滨海养殖池暴发的“红水母”灾害为海月水母碟状幼体所致（图 1 ），且 “ 红水母 ” 普遍存在于黄渤海沿岸海参养殖池，平均出现率为 40.2% ，平均丰度为 0.94×10 5 individuals/m 3 ，最高丰度达 5.70×10 6 individuals/m 3 （图 2 ）。通过潜水调查，进一步追踪确认了黄渤海沿岸海参养殖池爆发的 “ 红水母 ” 源头，发现海参人工礁（包括瓦片、海参笼、水下遮阳网等）为海月水母螅状幼体提供了大量的人工附着基（图 3 ； Dong et al., 2018, Hydrobiolgia ）。此外，海岸带人工修建物附着的入侵种针盘管虫（ Hydroides dianthus ）形成的生物礁，也为海月水母螅状幼体提供了大量栖息地（图 3 ； Dong et al., 2018, Marine Pollution Bulletin ）。上述研究结果提供了海岸带人工构建物增多为海月水母提供附着基的新证据，也为现场原位开展 海月水母灾害早期发生及调控机制研究奠定了基础 。 　　同时，依托牟平海岸带环境综合试验站，模拟了海洋酸化、全球暖化等对海月水母早期发生的影响，发现暖化导致的温度升高能够降低海月水母浮浪幼体的生存率和附着率（ Dong et al., 2018, Marine Biology Research ），而浮浪幼体能够通过快速附着来应对海洋酸化（低 pH ）的威胁（ Dong et al., 2018, Marine Environmental Research ）。针对“红水母”灾害防控，开展了海月水母螅状幼体和碟状幼体的杀灭方法比较研究，为黄渤海沿岸的海参健康养殖提供了科学数据支持（ Dong et al., 2017, PLoS ONE ）。 　　图 1 黄渤海灾害水母海月水母的暴发现象 　　图 2 黄渤海滨海养殖池海月水母碟状幼体和螅状幼体丰度 图 3 黄渤海滨海养殖池的人工构建物为海月水母提供了大量附着基 　　相关研究结果发表于 Hydrobiologia 、 Marine Pollution Bulletin 、 Marine Environmental Research 等国际学术期刊，该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略先导专项、中国科学院科技服务网络计划（ STS ）项目和研究所自主部署项目的资助。 　　相关论文链接： 　　1. Dong Zhijun, Wang Lei, Sun Tingting, Liu Qingqing, Sun Youfang. 2018. Artificial reefs for sea cucumber aquaculture confirmed as settlement substrates of the moon jellyfish Aurelia coerulea . Hydrobiologia 818: 223-234. 　　2. Dong Zhijun, Sun Tingting, Wang Lei. 2018. The biogenic reefs formed by the alien polychaete Hydroides dianthus (Serpulidae, Annelida) favor the polyp stage of Aurelia coerulea (Cnidaria, Scyphozoa) in a coastal artificial lake. Marine Pollution Bulletin 129: 86-91. 　　3. Dong Zhijun, Wang Lei, Liu Qingqing, Sun Tingting. 2018. Effects of salinity and temperature on the recruitment of Aurelia coerulea planulae. Marine Biology Research 14: 454-461. 　　4. Dong Zhijun, Sun Tingting. 2018. Combined effects of ocean acidification and temperature on the planula larvae of moon jellyfish Aurelia coerulea . Marine Environmental Research 139: 144-150. 　　5. Dong Zhijun, Sun Tingting, Liang Likun, Wang Lei. 2017. Effects of tea saponin on ephyrae and polyps of the moon jellyfish Aurelia sp.1. PLOS One 12: e0182787. .
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