气候变化影响下造礁石珊瑚早期共生关系的可塑性获得新进展

  中国科学院南海海洋研究所黄晖研究团队在造礁石珊瑚早期共生关系可塑性方面取得研究新进展，揭示了升温和酸化影响下造礁石珊瑚幼体早期共生建立以及珊瑚对虫黄藻选择性，相关成果相继发表在微生物学领域前沿期刊Frontiers in Microbiology（《微生物学前沿》）和国际珊瑚礁学会期刊Coral Reefs（《珊瑚礁》）。 

　　造礁石珊瑚和虫黄藻之间的互利共生关系是珊瑚礁生态系统的关键支撑，然而这一共生关系正面临着海水升温和酸化的威胁。有将近80%的造礁石珊瑚在生命初始不含虫黄藻，而是在幼体阶段从环境水体中获取虫黄藻并建立共生，此时珊瑚幼体有机会根据外界环境选择合适的虫黄藻类型来塑造共生体的生理状态以适应特定环境。在气候变化和珊瑚礁退化背景下，研究升温和酸化对珊瑚早期共生建立过程的影响，尤其是珊瑚对虫黄藻的选择和早期共生关系可塑性，对于理解和预测珊瑚幼体补充和珊瑚幼体的环境适应能力尤为重要。 

　　本研究以印度-太平洋海区的两种广布型造礁石珊瑚-中间鹿角珊瑚（Acropora intermedia）和精巧扁脑珊瑚（Platygyra daedalea）为对象，两种珊瑚的生长型和环境压力敏感程度不同，前一种为敏感的分枝状珊瑚，后一种为耐受的团块状珊瑚，研究人员收集了两种珊瑚的受精卵并培育至幼体阶段，随后将其养殖于一个流水式实验养殖系统，通过控制海水温度和pH研究了升温(29℃ vs. 31℃)和酸化(pH 8.1 vs. 7.8)影响下两种珊瑚幼体早期共生建立过程和生长发育。 

图1 上：中间鹿角珊瑚Acropora intermedia及其幼体 

     下：精巧扁脑珊瑚Platygyra daedalea及其幼体 　  

　　研究发现升温会延迟两种珊瑚早期共生建立的过程，而酸化则没有明显的影响，但是不同珊瑚种类的响应和敏感程度不同，升温完全抑制了中间鹿角珊瑚早期共生的成功建立，也不利于幼体的无性出芽生殖；对于精巧扁脑珊瑚而言，升温使幼体中成功建立共生的比例显著降低50%。此外，升温改变中间鹿角珊瑚幼体对虫黄藻的选择偏好，正常温度条件下，珊瑚幼体主要与虫黄藻Cladocopium sp.建立共生，升温后幼体更倾向与耐热的虫黄藻Durusdinium sp.建立共生，然而精巧扁脑珊瑚幼体再酸化而非升温下更偏好和虫黄藻Durusdinium sp.建立共生。此外，转录组分析表明中间鹿角珊瑚幼体选择的Durusdinium虫黄藻在高温条件下与核糖体合成、光合作用相关的基因出现显著下调，说明虫黄藻Durusdinium虽然可以进入中间鹿角珊瑚体内，但是升温下无法大量增殖以建立稳定的互利共生关系。综上，海水升温对造礁石珊瑚早期共生建立和生长发育的影响要远远大于酸化，而且和中间鹿角珊瑚相比，精巧扁脑珊瑚幼体对气候变化的适应能力更强，暗示着其幼体补充过程受气候变化的影响更小；升温和酸化下两种珊瑚对虫黄藻的偏好性选择为我们理解气候条件下的珊瑚-虫黄藻的共生关系提供了新的视野和思路。 

　　南海海洋所助理研究员孙有方和江雷分别为两篇文章的第一作者，黄晖研究员和周国伟副研究员为通讯作者，合作者还包括香港科技大学的钱培元教授。研究工作得到了国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项等项目的联合资助。   

图2 升温和酸化条件下中间鹿角珊瑚（左）和精巧扁脑珊瑚（右）幼体虫黄藻组成及其与成体虫黄藻组成差异 

　　相关论文链接： https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2020.532447/full