中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員何毛賢團隊在海馬冷泉大型底棲生物多樣性及環(huán)境適應性方面取得進(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(chóng)Branchipolynoe pettiboneae 寄生關(guān)系機制，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)現最大的深海冷泉生態(tài)系統，為研究南海深海生物生命起源與演化等科學(xué)問(wèn)題提供了重要場(chǎng)所。但目前對海馬冷泉生態(tài)系統中底棲生物的多樣性特征、特殊生物學(xué)現象的認識還不夠深入和系統。
研究團隊利用ROV原位調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查，共發(fā)現12種大型底棲生物，隸屬于5門(mén)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）兩種群落結構，其中貽貝床群落結構中底棲生物物種多樣性明顯高于伴溢蛤床?；谖锓N優(yōu)勢度值的結果，表明海馬大偏頂蛤G. haimaensis、佩氏鰓磷蟲(chóng)B. pettiboneae、海馬蛇尾Histampica haimaensis 分別為海馬冷泉軟體動(dòng)物、節肢動(dòng)物、棘皮動(dòng)物中典型的底棲物種。線(xiàn)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(xiàn)粒體基因及全基因組SNPs標記評估了其遺傳多樣性與遺傳結構特征?；诰€(xiàn)粒體基因標記，H1和H2站位的海馬大偏頂蛤未出現顯著(zhù)性的遺傳分化，但基于全基因組SNPs 標記，兩位點(diǎn)的海馬大偏頂蛤體間卻出現顯著(zhù)的遺傳分化，并表現出遺傳斑塊（chaotic genetic patchiness ,CGP )現象。研究結果發(fā)表在Frontiers in Marine Science（2022，9：920327）。
圖1 海馬冷泉大型底棲生物門(mén)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(chóng)通常寄生在海馬大偏頂蛤中，并被認為佩氏鰓磷蟲(chóng)通過(guò)寄生來(lái)適應深海極端環(huán)境，研究表明宿主共生微生物對宿主適應外界環(huán)境的應激發(fā)揮著(zhù)重要的作用，但其寄生對于宿主的影響機制并未明確。
研究團隊比較了佩氏鰓磷蟲(chóng)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和共生微生物群落結構變化。結果表明，佩氏鰓磷蟲(chóng)寄生導致了宿主海馬大偏頂蛤鰓中共生微生物多樣性顯著(zhù)降低，但化能共生菌相對豐度顯著(zhù)升高，并引起宿主蛋白和脂類(lèi)的合成代謝基因顯著(zhù)上調，而免疫、生長(cháng)相關(guān)基因顯著(zhù)下調；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與化能自養共生菌的相對豐度呈現顯著(zhù)正相關(guān)。即佩氏鰓磷蟲(chóng)的寄生通過(guò)提高宿主對營(yíng)養需求，從而導致宿主化能共生菌相對豐度及營(yíng)養合成代謝基因的顯著(zhù)提升，從而更有利于從宿主獲得營(yíng)養物質(zhì)。研究結果發(fā)表在Frontiers in Microbiology。
圖4 佩氏鰓磷蟲(chóng)寄生在海馬大偏頂蛤示意圖
圖5 NAP和PA的微生物群落結構和多樣性
圖6 海馬大偏頂蛤NPA和PA鰓轉錄組差異表達基因及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)系統大型底棲生物物種多樣性、群落結構多樣性及遺傳多樣性特征，并初步揭示了深?；苌鷳B(tài)系統佩氏鰓鱗蟲(chóng)寄生對寄主深海貽貝的影響機制，為我國南海海馬冷泉生態(tài)系統的開(kāi)發(fā)與保護及冷泉底棲生物的環(huán)境適應性機制提供了新的科學(xué)數據和參考依據。
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)驗室（廣州）人才團隊引進(jìn)重大專(zhuān)項（GML2019ZD0401），廣東省基礎與應用基礎研究重大項目（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(lái)源： 中國科學(xué)院南海海洋研究所
編輯：張麗瑛
