《研究发现珊瑚与其表面微生物的相互作用》

  • 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:2019-06-05
  • 生活在珊瑚体内的共生藻类构成了珊瑚鲜艳的外表,并为珊瑚生存提供所需的各种营养。目前,科学家们针对藻类和珊瑚体内的微生物已做了大量研究,但珊瑚群落外的微生物群落仍被忽略。伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的一项研究对生活在离珊瑚表面只有几厘米的微生物进行描述和分类,其研究成果已发表在《湖沼学与海洋学》(Limnology and Oceanography)期刊上。

    这项研究的主要作者、世界卫生组织和麻省理工学院联合项目的博士生Laura Weber提到,珊瑚礁上布满了微生物,在一毫升的海水中大约有100万个微生物。但是,对珊瑚附近微生物群落的了解很少。之前的一些研究表明,珊瑚可能被独特的微生物细胞所包围,但仍存在很多问题,例如:这些细胞是否随着珊瑚礁种类或位置的差异而异?它们是如何发挥作用的?为了解决这些问题,Weber和她的同事们在多个珊瑚礁周围取样。她认为珊瑚附近的微生物可能在分解珊瑚群落的废物、引入新的营养物质以及潜在地让共生藻类或病原体进入珊瑚本身方面发挥作用。

    Weber在古巴南部海岸附近与当地的科学家一起潜入珊瑚礁,从五种不同种类的珊瑚附近的水中采集了几十个小样本。古巴珊瑚礁为这项研究提供了绝佳的机会,因为它们非常遥远,人类活动的影响有限。Weber分析了这些样本中微生物的遗传物质,以确定其中存在哪些物种。她发现不同种类的珊瑚附近确实有不同的微生物群落。Weber提到,在一些地区,与珊瑚共生的细菌内源性单胞菌实际上在距离珊瑚礁比预想中更近的海水中富集。这意味着珊瑚附近的海水对于吸引共生生物到珊瑚表面很重要,或者它代表了珊瑚脱落共生生物的区域。

    除了解珊瑚附近有哪些微生物外,Weber还研究了这些微生物的潜在生态功能。结果发现,海水微生物含有能够与珊瑚表面相互作用的基因,这表明海水微生物与珊瑚表面可能存在重要的相互作用。

    (刘思青 编译)

    图片源自网络

  • 原文来源:https://www.whoi.edu/press-room/news-release/new-study-finds-distinct-microbes-living-next-to-corals/?tdsourcetag=s_pcqq_aiomsg
相关报告
  • 《珊瑚共生微生物与噬菌体相互作用研究取得新进展》

    • 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:2024-09-13
    • 全球变暖导致海水温度的升高对全世界的珊瑚礁构成重大威胁。海水升温致使珊瑚共生微生物群落结构和功能改变,珊瑚条件致病菌趁机爆发,引发珊瑚疾病。珊瑚益生菌可以有效增强珊瑚对热胁迫的耐受性,从而延缓珊瑚热白化进程。中国科学院南海海洋研究所王晓雪团队围绕造礁珊瑚丛生盔形珊瑚的益生菌和条件致病菌深入研究,取得了一系列新的研究进展: 1. 在珊瑚益生菌盐单胞菌(Hm43005)中鉴定到一种新型温和噬菌体Phm3,并详细解析了温和噬菌体Phm3复制、裂解和释放过程的新机制。这一类噬菌体的诱导激活遵循“复制-包装-切离”(Replication-package-excision,RPE)的途径,这种切离前的复制途径赋予了噬菌体扩增并包装宿主侧翼基因进行侧向转导的能力,并且这种侧向转导的效率显著高于普遍性转导。此外,四个裂解基因组成的裂解模块调控该类噬菌体的裂解,Phm3噬菌体裂解宿主的同时会诱导细胞产生外膜囊泡OMV,形成独特的具有侧向转导能力的噬菌体“搭载”OMV的复合形式。这类温和噬菌体在海洋生态系统中分布非常广泛,其介导的侧向转导可以在珊瑚礁生态系统和海洋生态系统中发挥重要的生态作用。相关研究成果以“Active prophages in coral-associated Halomonas capable of lateral transduction”为题,于2024年5月13日在线发表于《The ISME Journal》。中国科学院南海海洋研究所博士刘自尧为论文第一作者,研究员王晓雪和副研究员汤开浩为论文的共同通讯作者。 2. 在珊瑚益生菌盐单胞菌(Hm43005)中发现新型噬菌体防御系统。在噬菌体与珊瑚共生细菌的军备竞赛过程中,细菌演化出高度多样的噬菌体防御系统以应对噬菌体侵染压力。Hm43005具有广谱的抗噬菌体能力,本研究从Hm43005中鉴定到一种新型噬菌体防御系统-Hma。该系统由单基因hma构成,hma编码融合Swi2/Snf2解旋酶的核酸酶HmaA,该核酸酶可以通过流产感染的方式发挥抗噬菌体的能力。突变分析显示HmaA核酸酶结构域(属于PDD/EXK超家族)的缺刻酶活性在噬菌体防御中至关重要。此外,HmaA同源物广泛分布于珊瑚共生细菌的基因组上,表明这种防御系统可被应用于设计具有高噬菌体抗性的珊瑚益生菌制剂。相关研究成果以“A nuclease domain fused to the Snf2 helicase confers antiphage defence in coral-associated Halomonas meridiana”为题,2024年7月9日在线发表在生物学期刊《Microbial Biotechnology》。中国科学院南海海洋研究所博士刘天朗为论文的第一作者,研究员王晓雪为论文通讯作者。 3. 受国际知名生物领域学术期刊《PLoS Biology》邀请,结合近年来课题组对珊瑚条件病原菌的研究进展和同期发表的Mass等对珊瑚病原菌T6SS系统的工作,发表了评述文章。文章对温度依赖的珊瑚条件病原菌在温度升高的条件下,突破珊瑚宿主和共生细菌的免疫屏障的机制进行了总结和展望。Mass等人发现当海水温度升高时,溶珊瑚弧菌可激活两套自身编码的六型分泌系统,其中T6SS1携带靶向原核生物的效应蛋白,可用于杀死栖息在同一生态位的其他共生菌;而另外一套则携带靶向真核生物的效应蛋白,可用于抵抗珊瑚宿主的免疫系统。该评论文章题为“High temperatures increase the virulence of Vibrio bacteria towards their coral host and competing bacteria via type VI secretion systems”,9月5日在《PLoS Biology》期刊正式发表。中国科学院南海海洋研究所博士后王伟权为论文的第一作者,研究员王晓雪为论文通讯作者。 以上研究对珊瑚致病菌的致病机理,以及开发珊瑚益生菌制剂提供了科学依据。研究同时也为维护珊瑚礁生态系统的健康提供了新的科学视角,具有重要的科学价值和生态意义。工作得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家自然科学基金、国家科技部科技基础资源调查专项、博新计划等项目的资助。
  • 《珊瑚恢复力的遗传学新发现》

    • 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:2023-10-18
    • 在过去的50年里,全球珊瑚礁复原力遭受巨大打击,例如美国从佛罗里达州延伸到整个加勒比海,包括鹿角珊瑚(A.cervicornis)和榆角珊瑚(Acropora palmata)在内的分支珊瑚Acropora属经历了大范围的衰退。20世纪70年代末开始,由于海洋变暖、飓风和白带病 ,Acropora珊瑚物种发生区域性死亡。 当前,为了恢复岌岌可危的珊瑚礁生态系统,美国佛罗里达每年培育数以万计的珊瑚礁幼苗。大型珊瑚礁恢复计划预测,要在70英亩(约0.3平方公里)的礁体上恢复珊瑚覆盖率,需要外植大约十万-百万个珊瑚幼苗 。鹿角珊瑚(A. cervicornis)因其易于生长繁殖的特性,是最为常见培育物种。然而,由于全球海洋变暖、极端气候以及白带病的持续爆发,使包括佛罗里达州在内的珊瑚礁培育陷入重重困境。珊瑚白带病是一种由不明病原体导致的细菌性疾病,病理主要表现为组织坏死的白带从珊瑚底部扩展到顶部,直至珊瑚死亡,是鹿角珊瑚面临的重大威胁。 Vollmer et al.(2003) 通过传播实验和新基因组对佛罗里达(育苗珊瑚)和巴拿马(野生珊瑚)的鹿角珊瑚76个混合基因型种群进行了全基因组关联研究,确定了与疾病抗性相关的10个基因组区域和73个单核苷酸多态性(SNP),发现了导致基因蛋白质编码变化的4个抗病性SNPs。这项基因鉴定不仅提供了有效抗病途径,还有助于了解珊瑚免疫反应过程的重要信息。 大量生物分子库(omics)数据被广泛应用于珊瑚健康与疾病研究 。然而,omics在有效区分免疫反应、炎症反应及组织损伤方面存在不足。Vollmer et al.(2003)发现的控制溶酶体、囊泡运输调节以及内吞作用的基因在珊瑚疾病反应中都起着关键作用。了解这些特定基因的突变有助于提高珊瑚抗病能力,同时促进对珊瑚免疫系统的认识。 珊瑚抗病性生物标志物鉴定可引入应对白化疾病和气候风险的干预措施,推动珊瑚礁种群复原力研究,是开展恢复工作的唯一有效途径。在珊瑚健康面临深刻威胁的情况下,只注重种群的遗传多样性恢复,而忽略整合抗病性特征,是无法从根本上促进珊瑚礁生态系统可持续发展的。根据这一点,Vollmer et al.(2003)在保持遗传多样性的同时,通过遗传筛选选择出加勒比地区鹿角珊瑚抗病基因,并用于提高雀花礁植野生和苗木的抗病性研究,为鹿角珊瑚这一极度濒危物种的生存带来了希望。 抗病性与其他关键指标(如耐热性、繁殖和存活率等)的耦合关系是珊瑚礁复原力探索中的重要一环。未来,在Vollmer et al.(2003)工作的基础上,进一步探究抗病基因的可繁殖性、耐热性以及抗应激性与提高珊瑚礁恢复力相关性有待加强。当前,对鹿角鱼体内抗病性与其他指标权衡的研究还没有报道 。然而,在其他珊瑚物种中,抗病性与耐热性之间的权衡已有记录  。此外,珊瑚疾病是宿主、微生物和环境之间的复杂相互作用的结果,因此,在发现宿主的抗病性的同时,还需要考虑其他因素的贡献。尤其重要的是,要确定环境条件(如温度)如何与遗传学相互作用,从而影响其抗病性。 (熊萍 责编)