造礁石珊瑚早期共生关系的可塑性研究获进展

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图上:中间鹿角珊瑚及其幼体;图下:精巧扁脑珊瑚及其幼体。黄晖团队供图

7月13日,记者从中国科学院南海海洋研究所获悉,该所研究员黄晖团队联合香港科技大学教授钱培元在造礁石珊瑚早期共生关系可塑性方面研究取得新进展。相关研究相继发表于《微生物学前沿》和《珊瑚礁》。据悉,中国科学院南海海洋研究所助理研究员孙有方和江雷分别为两篇文章的第一作者,黄晖研究员和周国伟副研究员为通讯作者。

造礁石珊瑚和虫黄藻之间的互利共生关系是珊瑚礁生态系统的关键支撑,然而这一共生关系正面临着海水升温和酸化的威胁。在气候变化和珊瑚礁退化背景下,研究升温和酸化对珊瑚早期共生建立过程的影响,尤其是珊瑚对虫黄藻的选择和早期共生关系可塑性,对于理解和预测珊瑚幼体补充和珊瑚幼体的环境适应能力尤为重要。

研究人员以印度—太平洋海区的两种广布型造礁石珊瑚—中间鹿角珊瑚和精巧扁脑珊瑚为对象,两种珊瑚的生长型和环境压力敏感程度不同,前一种为敏感的分枝状珊瑚,后一种为耐受的团块状珊瑚,研究人员收集了两种珊瑚的受精卵并培育至幼体阶段,随后将其养殖于一个流水式实验养殖系统,通过控制海水温度和pH研究了升温(29℃ vs. 31℃)和酸化(pH 8.1 vs. 7.8)影响下两种珊瑚幼体早期共生建立过程和生长发育。

研究发现升温会延迟两种珊瑚早期共生建立的过程,而酸化则没有明显的影响,但是不同珊瑚种类的响应和敏感程度不同,升温完全抑制了中间鹿角珊瑚早期共生的成功建立,也不利于幼体的无性出芽生殖;对于精巧扁脑珊瑚而言,升温使幼体中成功建立共生的比例显著降低50%。

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此外,升温改变中间鹿角珊瑚幼体对虫黄藻的选择偏好,正常温度条件下,珊瑚幼体主要与虫黄藻Cladocopium sp.建立共生,升温后幼体更倾向与耐热的虫黄藻Durusdinium sp.建立共生,然而精巧扁脑珊瑚幼体再酸化而非升温下更偏好和虫黄藻Durusdinium sp.建立共生。转录组分析表明中间鹿角珊瑚幼体选择的Durusdinium虫黄藻在高温条件下与核糖体合成、光合作用相关的基因出现显著下调,说明虫黄藻Durusdinium虽然可以进入中间鹿角珊瑚体内,但是升温下无法大量增殖以建立稳定的互利共生关系。

据介绍,海水升温对造礁石珊瑚早期共生建立和生长发育的影响要远远大于酸化,而且和中间鹿角珊瑚相比,精巧扁脑珊瑚幼体对气候变化的适应能力更强,暗示着其幼体补充过程受气候变化的影响更小;升温和酸化下两种珊瑚对虫黄藻的偏好性选择为我们理解气候条件下的珊瑚-虫黄藻的共生关系提供了新的视野和思路。

黄晖表示,该研究揭示了升温和酸化影响下造礁石珊瑚幼体早期共生建立以及珊瑚对虫黄藻选择性。

相关论文信息:https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.532447

https://doi.org/10.1007/s00338-021-02151-5

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