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(duì)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(shí)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(duì)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(shì)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(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、棘皮動(dòng)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(píng)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(píng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)營養(yǎng)需求，從而導(dǎo)致宿主化能共生菌相對(duì)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(duì)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
