深海化能生態系統共生體宿主-共生菌互作「微生態位」研究獲進展

2020-12-23 中科院之聲

近日，中國科學院海洋研究所深海中心研究員李超倫課題組在Cell子刊iScience上，在線發表了關於深海無脊椎動物化能營養共生體維持和互作機制研究的最新成果——Molecular analyses of the gill symbiosis of the bathymodiolin mussel Gigantidas platifrons。該研究揭示了平端深海偏頂蛤鰓絲組織中非含菌細胞、含菌細胞以及共生菌在維持化能營養共生體的「微生態位」的功能作用。

與化能菌形成共生體是無脊椎動物適應深海熱液/冷泉特殊生境的重要生態策略。平端深海偏頂蛤是南海冷泉區最具代表性的無脊椎動物之一，與甲烷氧化菌建立共生關係。平端深海偏頂蛤的鰓絲是宿主細胞與共生菌建立、維持共生關係的場所。鰓絲由含菌細胞和周邊不含共生菌的纖毛細胞、粘液細胞及間質細胞等細胞組成，鰓絲組織的複雜性困擾著科研人員解析宿主-共生菌互作機制。

該研究依託海洋所「科學」號科考航次，通過胰蛋白酶降解方式，富集含菌細胞；通過比較轉錄組-宏轉錄組相結合的方式，對平端深海偏頂蛤鰓絲共生組織中的含菌細胞、非共生細胞及共生菌的基因表達模式進行了分析。研究發現，非共生部分可調節鰓絲的空間結構及運動，維持細胞生長，提供粘液免疫保護，發揮重要的支持作用；細胞內共生體中的細菌向共生體提供代謝物，控制共生體的數量，並保護共生體免受噬菌體的感染；共生菌從宿主創造的理想環境中獲益，並作為共生關係的受益者，致力於甲烷氧化和能量生產過程。平端深海偏頂蛤與共生菌可在組織、細胞和分子水平上協同互作，維持了高效、和諧的化學合成「微生態位」。

海洋所副研究員王昊為論文第一作者。研究工作得到科技部重點研發計劃、青島海洋科學與技術試點國家實驗室「鰲山創新計劃」、中科院戰略性先導科技專項及「科學」號高端用戶等的支持。

圖1. 「發現」號ROV在南海F冷泉收集平端深海偏頂蛤等生物樣品

圖2. 利用比較轉錄組-宏轉錄結合的方式解析平端深海偏頂蛤鰓絲化能共生體系

來源：中國科學院海洋研究所

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