中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員何毛賢團(tuán)隊(duì)在海馬冷泉大型底棲生物多樣性及環(huán)境適應(yīng)性方面取得進(jìn)展，揭示了南海海馬冷泉典型底棲生物遺傳多樣性及海馬大偏頂蛤Gigantidas haimaensis 與佩氏鰓磷蟲Branchipolynoe pettiboneae 寄生關(guān)系機(jī)制，相關(guān)成果相繼發(fā)表在Frontiers in Marine Science（《海洋科學(xué)前沿》）和Frontiers in Microbiology（《微生物學(xué)前沿》）。
海馬冷泉是目前我國發(fā)現(xiàn)最大的深海冷泉生態(tài)系統(tǒng)，為研究南海深海生物生命起源與演化等科學(xué)問題提供了重要場所。但目前對海馬冷泉生態(tài)系統(tǒng)中底棲生物的多樣性特征、特殊生物學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)識還不夠深入和系統(tǒng)。
研究團(tuán)隊(duì)利用ROV原位調(diào)查的方法對海馬冷泉4個(gè)位點(diǎn)進(jìn)行了底棲生物多樣性調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)12種大型底棲生物，隸屬于5門12科。CLUSTER和NMDS分析表明，4個(gè)站位可明顯分為貽貝床（Mussel bed community）與伴溢蛤床（Vesicomyid clams community）兩種群落結(jié)構(gòu)，其中貽貝床群落結(jié)構(gòu)中底棲生物物種多樣性明顯高于伴溢蛤床。基于物種優(yōu)勢度值的結(jié)果，表明海馬大偏頂蛤G. haimaensis、佩氏鰓磷蟲B. pettiboneae、海馬蛇尾Histampica haimaensis 分別為海馬冷泉軟體動物、節(jié)肢動物、棘皮動物中典型的底棲物種。線粒體COI基因序列分析表明上述3種海馬冷泉典型底棲生物表現(xiàn)出高單倍型低核苷酸多樣性的特點(diǎn)。
為進(jìn)一步評估海馬冷泉最典型的大型底棲生物海馬大偏頂蛤的遺傳多樣性，利用ATP6、NAD4 及COI 3個(gè)線粒體基因及全基因組SNPs標(biāo)記評估了其遺傳多樣性與遺傳結(jié)構(gòu)特征?；诰€粒體基因標(biāo)記，H1和H2站位的海馬大偏頂蛤未出現(xiàn)顯著性的遺傳分化，但基于全基因組SNPs 標(biāo)記，兩位點(diǎn)的海馬大偏頂蛤體間卻出現(xiàn)顯著的遺傳分化，并表現(xiàn)出遺傳斑塊（chaotic genetic patchiness ,CGP )現(xiàn)象。研究結(jié)果發(fā)表在Frontiers in Marine Science（2022，9：920327）。
圖1 海馬冷泉大型底棲生物門水平與種水平的相對豐度
圖2 基于COI、NAD4 和ATP6的海馬大偏頂蛤單倍型網(wǎng)絡(luò)圖
圖3 海馬大偏頂蛤2個(gè)站位間的STUCTURE分析（基于SNPs）
在這些底棲物種中，佩氏鰓磷蟲通常寄生在海馬大偏頂蛤中，并被認(rèn)為佩氏鰓磷蟲通過寄生來適應(yīng)深海極端環(huán)境，研究表明宿主共生微生物對宿主適應(yīng)外界環(huán)境的應(yīng)激發(fā)揮著重要的作用，但其寄生對于宿主的影響機(jī)制并未明確。
研究團(tuán)隊(duì)比較了佩氏鰓磷蟲寄生組(PA組)和未寄生對照組(NPA組)海馬大偏頂蛤鰓基因表達(dá)和共生微生物群落結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明，佩氏鰓磷蟲寄生導(dǎo)致了宿主海馬大偏頂蛤鰓中共生微生物多樣性顯著降低，但化能共生菌相對豐度顯著升高，并引起宿主蛋白和脂類的合成代謝基因顯著上調(diào)，而免疫、生長相關(guān)基因顯著下調(diào)；相關(guān)性分析表明，宿主蛋白和脂質(zhì)合成代謝基因的表達(dá)與化能自養(yǎng)共生菌的相對豐度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。即佩氏鰓磷蟲的寄生通過提高宿主對營養(yǎng)需求，從而導(dǎo)致宿主化能共生菌相對豐度及營養(yǎng)合成代謝基因的顯著提升，從而更有利于從宿主獲得營養(yǎng)物質(zhì)。研究結(jié)果發(fā)表在Frontiers in Microbiology。
圖4 佩氏鰓磷蟲寄生在海馬大偏頂蛤示意圖
圖5 NAP和PA的微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性
圖6 海馬大偏頂蛤NPA和PA鰓轉(zhuǎn)錄組差異表達(dá)基因及KEGG功能富集
本研究較為全面地闡釋了我國南海海馬冷泉生態(tài)系統(tǒng)大型底棲生物物種多樣性、群落結(jié)構(gòu)多樣性及遺傳多樣性特征，并初步揭示了深海化能生態(tài)系統(tǒng)佩氏鰓鱗蟲寄生對寄主深海貽貝的影響機(jī)制，為我國南海海馬冷泉生態(tài)系統(tǒng)的開發(fā)與保護(hù)及冷泉底棲生物的環(huán)境適應(yīng)性機(jī)制提供了新的科學(xué)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。
南海海洋所博士研究生姚高友為第一作者，何毛賢研究員為通訊作者。研究工作得到了南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）人才團(tuán)隊(duì)引進(jìn)重大專項(xiàng)（GML2019ZD0401），廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目（2019B030302004）的聯(lián)合資助。
相關(guān)論文信息：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmars.2022.920327/full，
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.940766/abstract
來源： 中國科學(xué)院南海海洋研究所
編輯：張麗瑛
