近日，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）（以下簡稱廣州海洋實驗室）海洋生物演化與保護生物學研究團隊成功揭示了我國南海珊瑚共生蟲黃藻和細菌的空間分布特征，闡明了從低緯度南沙群島至高緯度南澎列島的熱和污染脅迫差異條件下不同珊瑚類群中優勢共生微生物的變化趨勢，并以此提出針對南海珊瑚進行分區保護的具體建議。相關成果發表于《保護生物學》。
珊瑚響應熱脅迫和污染壓力示意圖。研究團隊供圖
論文第一作者、廣州海洋實驗室助理研究員羅昊介紹，人類活動干擾加劇及氣候變化（尤其是海洋熱浪）導致全球珊瑚礁快速退化。珊瑚共生微生物廣泛參與宿主代謝，能夠增加珊瑚的環境耐受力。因此，了解珊瑚共生微生物組成及功能變化對于預測珊瑚對環境壓力的響應以及指導珊瑚保護及修復至關重要。
據介紹，研究團隊自2021年開始連續開展南海珊瑚礁生物多樣性綜合科考，研究調查覆蓋了南沙、中沙、西沙群島和海南島、廣東省沿岸的典型珊瑚島礁及珊瑚群落。在此基礎上，團隊系統對南沙、中沙和西沙群島、海南島和廣東省南澎列島共587株160余種珊瑚樣本進行了ITS2和16S擴增子測序，構建了南海全域珊瑚共生微生物組的空間分布圖譜。
ITS2分析結果顯示，Cladocopium和Durusdinium屬蟲黃藻占據絕對優勢（相對豐度高達99.9%），蟲黃藻豐富度隨緯度升高而下降，在低緯度南沙群島珊瑚中最高，而高緯度南澎列島珊瑚僅為其三分之一。高緯度珊瑚的香農多樣性指數顯著高于低緯度珊瑚，且蟲黃藻群落在屬和亞支系水平均存在顯著差異：低緯度珊瑚優勢亞支系為D1、C3、C3u、C15、C71，高緯度珊瑚優勢蟲黃藻為C1。16S微生物多樣性分析顯示在細菌群落層面，假單胞菌門為珊瑚共生的絕對優勢菌門（占比近50%），高緯度珊瑚的細菌多樣性顯著高于低緯度珊瑚。
其中，低緯度珊瑚中Endozoicomonas等類群豐度更高，高緯度珊瑚則富集Ruegeria、Vibrio等細菌。冗余分析和方差分解分析證實海表溫度是驅動珊瑚共生群落結構的最主要因素，但部分蟲黃藻和細菌也受宿主種類和濁度等因素影響。一方面，不同珊瑚屬與特定蟲黃藻類型存在穩定關聯，表明即使環境條件相似，珊瑚對共生蟲黃藻仍具有明顯的宿主特異性偏好。另一方面，細菌群落組成同樣具有宿主屬特異性，不同珊瑚類群的優勢菌群存在明顯差異。特別值得關注的是，杯形珊瑚等特定屬表現出穩定的宿主-微生物互作特征，暗示著進化過程中形成的專性共生關系。
研究進一步發現低緯度珊瑚的耐熱蟲黃藻（Durusdinium、C3u、C15）豐度與豐富度均顯著高于高緯度珊瑚，且二者均隨緯度升高而下降，這一規律在多數珊瑚屬中普遍存在；低緯度與高緯度珊瑚的細菌群落在脂類、碳水化合物、能量代謝等功能通路存在明顯差異，低緯度珊瑚中甘油三酯與糖原的合成基因下調、降解基因上調，反映高溫環境下珊瑚共生微生物的脂類和碳水化合物代謝周轉更為活躍。這些結果表明珊瑚可以通過增加耐熱蟲黃藻豐度及調控細菌能量代謝來適應熱壓力。
論文通訊作者、廣州海洋實驗室研究員周文良表示，該研究全面解析了我國南海珊瑚共生蟲黃藻、細菌組成的緯度梯度格局，揭示了珊瑚-蟲黃藻-細菌共生功能體在廣泛的空間尺度上響應與適應不同環境脅迫的調控策略，為南海及更廣區域的珊瑚礁保護提供了兩點重要啟示：
一是可通過接種耐熱蟲黃藻和益生菌、并基于珊瑚親緣關系定制化調控微生物組來提升低緯度高溫區珊瑚的耐熱性與抗逆性；二是建議控制陸源輸入影響，減少富營養化、藻類競爭和疾病爆發等對大陸邊緣低緯度珊瑚環境影響，降低珊瑚死亡風險。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/cobi.70239