氣候變化影響下造礁石珊瑚早期共生關系的可塑性獲得新進展
中國科學院南海海洋研究所黃暉研究團隊在造礁石珊瑚早期共生關系可塑性方面取得研究新進展，揭示了升溫和酸化影響下造礁石珊瑚幼體早期共生建立以及珊瑚對蟲黃藻選擇性，相關成果相繼發表在微生物學領域前沿期刊Frontiers in Microbiology（《微生物學前沿》）和國際珊瑚礁學會期刊Coral Reefs（《珊瑚礁》）。
造礁石珊瑚和蟲黃藻之間的互利共生關系是珊瑚礁生態系統的關鍵支撐，然而這一共生關系正面臨著海水升溫和酸化的威脅。有將近80%的造礁石珊瑚在生命初始不含蟲黃藻，而是在幼體階段從環境水體中獲取蟲黃藻并建立共生，此時珊瑚幼體有機會根據外界環境選擇合適的蟲黃藻類型來塑造共生體的生理狀態以適應特定環境。在氣候變化和珊瑚礁退化背景下，研究升溫和酸化對珊瑚早期共生建立過程的影響，尤其是珊瑚對蟲黃藻的選擇和早期共生關系可塑性，對于理解和預測珊瑚幼體補充和珊瑚幼體的環境適應能力尤為重要。
本研究以印度-太平洋海區的兩種廣布型造礁石珊瑚-中間鹿角珊瑚（Acropora intermedia）和精巧扁腦珊瑚（Platygyra daedalea）為對象，兩種珊瑚的生長型和環境壓力敏感程度不同，前一種為敏感的分枝狀珊瑚，后一種為耐受的團塊狀珊瑚，研究人員收集了兩種珊瑚的受精卵并培育至幼體階段，隨后將其養殖于一個流水式實驗養殖系統，通過控制海水溫度和pH研究了升溫(29℃ vs. 31℃)和酸化(pH 8.1 vs. 7.8)影響下兩種珊瑚幼體早期共生建立過程和生長發育。
圖1 上：中間鹿角珊瑚Acropora intermedia及其幼體
下： 精巧扁腦珊瑚Platygyra daedalea及其幼體
研究發現升溫會延遲兩種珊瑚早期共生建立的過程，而酸化則沒有明顯的影響，但是不同珊瑚種類的響應和敏感程度不同，升溫完全抑制了中間鹿角珊瑚早期共生的成功建立，也不利于幼體的無性出芽生殖；對于精巧扁腦珊瑚而言，升溫使幼體中成功建立共生的比例顯著降低50%。此外，升溫改變中間鹿角珊瑚幼體對蟲黃藻的選擇偏好，正常溫度條件下，珊瑚幼體主要與蟲黃藻Cladocopium sp.建立共生，升溫后幼體更傾向與耐熱的蟲黃藻Durusdinium sp.建立共生，然而精巧扁腦珊瑚幼體再酸化而非升溫下更偏好和蟲黃藻Durusdinium sp.建立共生。此外，轉錄組分析表明中間鹿角珊瑚幼體選擇的Durusdinium蟲黃藻在高溫條件下與核糖體合成、光合作用相關的基因出現顯著下調，說明蟲黃藻Durusdinium雖然可以進入中間鹿角珊瑚體內，但是升溫下無法大量增殖以建立穩定的互利共生關系。綜上，海水升溫對造礁石珊瑚早期共生建立和生長發育的影響要遠遠大于酸化，而且和中間鹿角珊瑚相比，精巧扁腦珊瑚幼體對氣候變化的適應能力更強，暗示著其幼體補充過程受氣候變化的影響更小；升溫和酸化下兩種珊瑚對蟲黃藻的偏好性選擇為我們理解氣候條件下的珊瑚-蟲黃藻的共生關系提供了新的視野和思路。
南海海洋所助理研究員孫有方和江雷分別為兩篇文章的第一作者，黃暉研究員和周國偉副研究員為通訊作者，合作者還包括香港科技大學的錢培元教授。研究工作得到了國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）人才團隊引進重大專項等項目的聯合資助。
圖2 升溫和酸化條件下中間鹿角珊瑚（左）和精巧扁腦珊瑚（右）幼體蟲黃藻組成及其與成體蟲黃藻組成差異
相關論文鏈接： https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.532447/full
https://link.springer.com/article/10.1007/s00338-021-02151-5
