自然资源部海洋三所在虫黄藻介导珊瑚响应热胁迫方面取得新进展

                               
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近日，由自然资源部第三海洋研究所、厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室、山东大学海洋研究院、以色列海法大学海洋学院组成的研究团队在共生虫黄藻介导珊瑚宿主响应热胁迫方面取得新进展，该项成果以“Lineage-specific symbionts mediate differential coral responses to thermal stress” 为题发表在微生物学领域顶级期刊《Microbiome》（中科院1区TOP，影响因子15.5）。该研究的第一作者王晨颖是厦门大学与自然资源部第三海洋研究所联合培养博士生。通讯作者包括自然资源部第三海洋研究所郑新庆研究员、山东大学石拓教授以及以色列海法大学Dan Tchernov教授。
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全球气候变暖是导致珊瑚大规模白化事件的主要原因，严重威胁着珊瑚礁生态系统。珊瑚宿主与其共生虫黄藻之间的互利共生关系对珊瑚钙化及珊瑚礁生态系统健康至关重要。然而，目前对虫黄藻调节珊瑚宿主响应环境变化的动态过程及其生理机制了解甚少。该研究以共生不同类型虫黄藻的鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）为研究对象，通过室内模拟高温受控培养实验，探讨了虫黄藻类型及其群落结构变化对珊瑚响应热胁迫的影响。结果表明，相较于Cladocopium属C42-C1-C1b-C1c型虫黄藻主导的鹿角杯形珊瑚（以下简称PdC），Durusdinium属D1-D4-D6型虫黄藻主导的鹿角杯形珊瑚（以下简称PdD）具有更强的耐热性。然而，在非胁迫温度下，热敏感虫黄藻Cladocopium表现出较高的光合固碳效率，并向珊瑚宿主转运更多的固定碳，以促进其钙化和生长。尽管热胁迫下PdC中耐热虫黄藻Durusdinium的占比有所增加，但其在“稀有生物”背景上的动态变化不足以改变主导Cladocopium的热敏感性，最终导致PdC的热白化。
该研究结果强调了不同类型虫黄藻对珊瑚响应热胁迫的调控作用，为评估珊瑚在全球气候变化下的弹性适应提供了独特的视角。同时，在海洋热浪频发的当下，环境变化的速度可能超过珊瑚与虫黄藻的进化速度，因此应谨慎乐观看待珊瑚与耐热虫黄藻共生的权衡策略。
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高温胁迫下珊瑚共生功能体生理响应机制示意图
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- c5 f* J/ w/ \! `（a）对照条件下，Cladocopium碳固定与碳转运速率均显著高于Durusdinium；（b）高温胁迫下，Cladocopium碳固定与碳转运速率显著下降而Durusdinium几乎不受影响。箭头粗细代表生物过程速率。
研究团队系列成果及项目资助
" ?. E& P5 j0 L! \  Z' B近年来研究团队已在珊瑚礁的退化和适应机制取得了系列突破性进展。在珊瑚共生虫黄藻基因型解析方面，构建了迄今为止参考序列最多、注释信息最完整的虫黄藻ITS2 rDNA条形码数据库（http://sym-its2.marinegenomics.cn），为虫黄藻多样性鉴定提供了强有力工具。同时，研究团队首次报道了酸化对珊瑚碳氮吸收速率的影响。发现在酸化胁迫条件下，珊瑚共生功能体能通过牺牲其氮循环来维持光合系统的稳定以抵抗海洋酸化的胁迫。此外，通过室内模拟实验结合野外观测，发现了珊瑚主导虫黄藻基因型在热胁迫与恢复期之间发生转变的现象，共生藻重组与其光损伤程度密切相关，作为一种白化适应性机制能够增强珊瑚对环境胁迫的耐受性和恢复力。相关研究成果已发表在Molecular Ecology Resources、Ecological Indicators、Frontier in Marine Science等国际顶刊上。此次项目团队在虫黄藻介导珊瑚响应环境变化的生理调控机制方面取得的重大突破，为深入了解珊瑚共生功能体基因型多样性、表型可塑性以及环境适应提供了重要线索。此系列研究获得了国家重点研发计划（2022YFC3102003，2020YFA0607602，2016YFA0601203）、国际（地区）合作和交流项目（31661143029，2246/16）、国家自然科学基金（41876119，41976127）、南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）创新项目（SML2020SP004）和自然资源部第三海洋研究所基本科研业务费（2019017、2020017）等项目的资助。
论文来源：
Wang Chenying, Zheng Xinqing*, Kvitt Hagit, Sheng Huaxia, Sun Danye, Niu Gaofeng, Tchernov Dan*, & Shi Tuo*. (2023). Lineage-specific symbionts mediate differential coral responses to thermal stress. Microbiome,11:211.
3 K  k9 w& K; s% v( j; f0 Jhttps://doi.org/10.1186/s40168-023-01653-4 (中科院1区TOP，影响因子15.5)
同系列相关论文来源：
Shi Tuo*, Niu Gaofeng, Kvitt Hagit, Zheng Xinqing*, Qin Qiaoyun, Sun Danye, Ji Zhiliang, & Tchernov Dan. (2021). Untangling ITS2 genotypes of algal symbionts in zooxanthellate corals. Molecular Ecology Resources,21:137–152. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13250 (中科院1区TOP，影响因子8.678)
Wang Chenying, Zheng Xinqing*, Li Yan, Sun Danye, Huang Wencong, & Shi Tuo*. (2022). Symbiont shuffling dynamics associated with photodamage during temperature stress in coral symbiosis. Ecological Indicators, 145:109706.
https://doi.org/10.1111/1755-0998.13250 (中科院2区TOP，影响因子6.9)
Zheng Xinqing, Wang Chenying, Sheng Huaxia, Niu Gaofeng, Dong Xu, Yuan Lingling, & Shi Tuo*. (2021). Effects of ocean acidification on carbon and nitrogen fixation in the hermatypic coral Galaxea fascicularis.Frontiers in Marine Science, 8:644965.
https://doi.org/10.1111/1755-0998.13250 (中科院2区TOP，影响因子5.247)
第一作者
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  N7 L) `& k+ v5 ^7 W& j/ h厦门大学 王晨颖 博士
王晨颖，厦门大学海洋生物学博士。研究方向和兴趣侧重于珊瑚及其共生微生物营养互作，探究微生物驱动下珊瑚共生功能体各种代谢过程，旨在通过稳定同位素示踪、分子生物学和多组学手段，并结合生物地球化学限制因子，从微观和宏观角度全面解析珊瑚宿主-微生物营养互作及其生态效应，以期为珊瑚礁管理和保护提供理论支撑和方案。先后在 Microbiome, Ecological Indicators, Frontiers in Marine Science, Fish & Shellfish Immunology, Aquaculture Nutrition 等期刊发表学术论文十余篇。
系列论文的通讯作者

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9 X* N; @2 t# a$ R; S" [3 w2 O山东大学 石拓 教授、博士生导师
: k2 n1 J& D* H; U! ^3 X石拓，山东大学教授、博士生导师。长期致力于微生物介导的海洋生物地球化学循环及其对全球变化的响应研究, 聚焦海洋典型生态系统碳汇过程与负排放机制、海洋超高分辨率分子碳指纹、可持续性生物能源与绿色化工产品等领域的理论探索与技术研发。近5年来，主持科技部国家重点研发、国家自然科学基金等10多项重大项目/课题，参与多项国家科技政策的起草、制定与评估工作。
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自然资源部第三海洋研究所 郑新庆 研究员、博士生导师
郑新庆，自然资源部第三海洋研究所研究员，博士生导师。福建省杰青，福建省青年拔尖人才，主要从事珊瑚保育生物学，珊瑚礁全球变化生物学和恢复生态学工作。先后承担了国家自然科学基金，国家重点研发计划课题，福建省自然科学基金杰青、重点和面上项目，中国-东盟海上合作基金等课题30余项，建立了国内首个室内大规模珊瑚活体繁育的实验室——珊瑚保育馆，初步揭示了造礁珊瑚响应环境变化的生理和分子适应机制以及营养调节机制和珊瑚礁等热带、亚热带典型海洋生态系统对环境扰动的弹性适应机制。研究成果获得2022年度海洋科技进步奖二等奖以及厦门市科技进步奖二等奖各1次（排序第一）。

                               
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以色列海法大学 Dan Tchernov 教授、博士生导师
; ~( T0 ]4 h5 O# m4 N0 V+ Q1 gDan Tchernov，以色列海法大学教授、博士生导师。Dr. Terchnov 在海洋光合作用、珊瑚生理学、珊瑚白化、气候变化生物学领域进行了广泛研究。主要研究方向是探究无脊椎动物（主要是珊瑚）如何通过海洋光合作用和其他生物系统 (尤其是地中海东部的食物网循环) 来响应气候变化。此外，他的实验室还研究了地质年代气候变化对珊瑚进化的影响。Dr. Terchnov 在国际上首次将细胞凋亡机制纳入珊瑚对全球变化的响应研究，并在国际高水平期刊Science，PNAS 等发表多篇论文。
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信息来源：自然资源部海洋三所。