近日,中科院海洋所孫松課題組在深海偏頂蛤與甲烷氧化內(nèi)共生菌共生互作機(jī)制研究取得新進(jìn)展,相關(guān)成果 “Insights into symbiotic interactions from metatranscriptome analysis of deep-sea mussel Gigantidas platifrons under long-term laboratory maintenance”在生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)TOP期刊Molecular Ecology(JCR 1區(qū),IF 6.622)上發(fā)表。
與化能合成細(xì)菌建立共生互作關(guān)系是深海無脊椎生物適應(yīng)深海寡營養(yǎng)生存環(huán)境的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。深海偏頂蛤具有較強(qiáng)的壓力適應(yīng)性,能夠在實(shí)驗(yàn)室常壓條件下長期培養(yǎng),且其鰓絲中共生微生物的含量與培養(yǎng)環(huán)境中底物的濃度直接相關(guān),因此是研究深海生物與共生微生物互作機(jī)制的理想生物模型。然而深海生物長期生活在高壓環(huán)境下,難于在實(shí)驗(yàn)室常壓條件下存活和培養(yǎng),限制了其與化能合成細(xì)菌共生互作關(guān)系的研究。
實(shí)驗(yàn)室常壓培養(yǎng)深海偏頂蛤共生體基因表達(dá)變化
本研究利用自研的深海大型生物實(shí)驗(yàn)室常壓培養(yǎng)系統(tǒng),對“科學(xué)”號科考船采集自我國南海福爾摩沙冷泉區(qū)的優(yōu)勢物種平端深海偏頂蛤Gigantidas platifrons開展了實(shí)驗(yàn)室長期培養(yǎng),并通過宏轉(zhuǎn)錄組測序和基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)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(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)下的基因表達(dá)變化。結(jié)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(yīng):短期常壓培養(yǎng)引起共生菌基因表達(dá)整體的擾動,而宿主基因表達(dá)變化較小。深海偏頂蛤能夠通過DNA斷裂修復(fù)和免疫系統(tǒng)的激活應(yīng)對短期培養(yǎng)中壓力等環(huán)境條件的劇烈變化。在長期培養(yǎng)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(yīng)對共生菌減少引起的營養(yǎng)匱乏,包括萜類骨架合成的上調(diào)、固醇合成的下調(diào),及蛋白酶體的上調(diào)等。此外,深海偏頂蛤微管動力蛋白基因的表達(dá)與共生菌的數(shù)量顯著相關(guān),微管介導(dǎo)的胞內(nèi)運(yùn)輸可能參與了共生菌和宿主的營養(yǎng)互作。本研究通過對深海偏頂蛤的實(shí)驗(yàn)室長期培養(yǎng)及基因表達(dá)分析,揭示了宿主和共生菌應(yīng)對壓力等環(huán)境變化的響應(yīng)機(jī)制,鑒定了共生互作相關(guān)的重要調(diào)控基因和關(guān)鍵中間產(chǎn)物,對深海極端微生物與大型生物共生互作關(guān)系提出了新的認(rèn)識。
中科院海洋所孫妍副研究員為論文第一作者,孫松研究員和王敏曉副研究員為共同通訊作者。研究得到青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室“十四五”重大項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、泰山學(xué)者攀登計(jì)劃聯(lián)合資助。
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mec.16765
(本文來源于海洋所官網(wǎng),“科學(xué)”號信息員封婧改編提供)