深海化能生态系统共生体宿主-共生菌互作“微生态位”研究获进展

科学技术 海洋技术
科普堂    2021-01-04    160

近日,中国科学院海洋研究所深海中心研究员李超伦课题组在Cell子刊iScience上,在线发表了关于深海无脊椎动物化能营养共生体维持和互作机制研究的最新成果——Molecular analyses of the gill symbiosis of the bathymodiolin mussel Gigantidas platifrons。该研究揭示了平端深海偏顶蛤鰓丝组织中非含菌细胞、含菌细胞以及共生菌在维持化能营养共生体的“微生态位”的功能作用。


与化能菌形成共生体是无脊椎动物适应深海热液/冷泉特殊生境的重要生态策略。平端深海偏顶蛤是南海冷泉区最具代表性的无脊椎动物之一,与甲烷氧化菌建立共生关系。平端深海偏顶蛤的鳃丝是宿主细胞与共生菌建立、维持共生关系的场所。鳃丝由含菌细胞和周边不含共生菌的纤毛细胞、粘液细胞及间质细胞等细胞组成,鳃丝组织的复杂性困扰着科研人员解析宿主-共生菌互作机制。 


该研究依托海洋所“科学”号科考航次,通过胰蛋白酶降解方式,富集含菌细胞;通过比较转录组-宏转录组相结合的方式,对平端深海偏顶蛤鰓丝共生组织中的含菌细胞、非共生细胞及共生菌的基因表达模式进行了分析。研究发现,非共生部分可调节鳃丝的空间结构及运动,维持细胞生长,提供粘液免疫保护,发挥重要的支持作用;细胞内共生体中的细菌向共生体提供代谢物,控制共生体的数量,并保护共生体免受噬菌体的感染;共生菌从宿主创造的理想环境中获益,并作为共生关系的受益者,致力于甲烷氧化和能量生产过程。平端深海偏顶蛤与共生菌可在组织、细胞和分子水平上协同互作,维持了高效、和谐的化学合成“微生态位”。


海洋所副研究员王昊为论文第一作者。研究工作得到科技部重点研发计划、青岛海洋科学与技术试点国家实验室“鳌山创新计划”、中科院战略性先导科技专项及“科学”号高端用户等的支持。


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图1. “发现”号ROV在南海F冷泉收集平端深海偏顶蛤等生物样品 


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图2. 利用比较转录组-宏转录结合的方式解析平端深海偏顶蛤鳃丝化能共生体系


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