深海偏頂蛤與甲烷氧化共生菌共生互作研究獲進展

 實驗室常壓培養深海偏頂蛤共生體基因表達變化   課題組供圖

近日，中科院海洋研究所研究員孫松課題組在深海偏頂蛤與甲烷氧化內共生菌共生互作機制研究取得新進展，相關成果發表在生態學和進化生物學期刊《分子生態學》上。

據介紹，與化能合成細菌建立共生互作關系是深海無脊椎生物適應深海寡營養生存環境的關鍵和基礎。深海偏頂蛤具有較強的壓力適應性，能夠在實驗室常壓條件下長期培養，且其鰓絲中共生微生物的含量與培養環境中底物的濃度直接相關，因此，它是研究深海生物與共生微生物互作機制的理想生物模型。然而深海生物長期生活在高壓環境下，難于在實驗室常壓條件下存活和培養，限制了其與化能合成細菌共生互作關系的研究。

該研究利用自研的深海大型生物實驗室常壓培養系統，對我國南海福爾摩沙冷泉區優勢物種平端深海偏頂蛤Gigantidas platifrons開展了實驗室長期培養，并通過宏轉錄組測序和基因共表達網絡分析，解析了深海偏頂蛤及其甲烷氧化共生菌在短期（1天）和長期（25天、35天）實驗室培養下的基因表達變化。

研究結果表明，深海偏頂蛤宿主和共生菌對壓力變化具有不同響應：短期常壓培養引起共生菌基因表達整體的擾動，而宿主基因表達變化較小。深海偏頂蛤能夠通過DNA斷裂修復和免疫系統的激活應對短期培養中壓力等環境條件的劇烈變化。

可以看到，在長期培養后，共生菌大量丟失，共生菌萜類化合物和必需氨基酸合成減少；深海偏頂蛤通過代謝方式的改變應對共生菌減少引起的營養匱乏，包括萜類骨架合成的上調、固醇合成的下調，及蛋白酶體的上調等。

此外，深海偏頂蛤微管動力蛋白基因的表達與共生菌的數量顯著相關，微管介導的胞內運輸可能參與了共生菌和宿主的營養互作。

據悉，本研究通過對深海偏頂蛤的實驗室長期培養及基因表達分析，揭示了宿主和共生菌應對壓力等環境變化的響應機制，鑒定了共生互作相關的重要調控基因和關鍵中間產物，對深海極端微生物與大型生物共生互作關系提出了新的認識。

該研究得到青島海洋科學與技術試點國家實驗室“十四五”重大項目、國家自然科學基金、泰山學者攀登計劃聯合資助。

論文相關信息：https://doi.org/10.1111/mec.16765