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虫黄藻介导了珊瑚的营养可塑性

编译者:liguiju发布时间:Jan 15, 2024点击量:1312 来源栏目:关注岛礁

近日,自然资源部第三海洋研究所海洋生态保护与修复重点实验室郑新庆研究员团队联合厦门大学环境与生态学院和汕头大学,在Ecological Indicators发表题为“Symbiont genus determines the trophic strategy of corals: Implications for intraspecific competition for energy sources in coral reefs”的研究论文。该论文利用稳定同位素技术结合珊瑚共生体的多个生理参数耦合分析,揭示了共生虫黄藻差异对其宿主营养可塑性的影响,并基于营养生态位理论,探讨了珊瑚最大化利用环境中有限资源的潜在机制,为预测气候变化下不同珊瑚共生功能体的适应和分布提出新见解。自然资源部第三海洋研究所与厦门大学联合培养的王啟芳博士是本文的第一作者。

珊瑚礁是海洋中不可或缺的生态系统,在寡营养盐海域却拥有高初级生产力和高生物多样性的特点,被誉为“蓝色沙漠中的绿洲”。其中,造礁珊瑚宿主与其内共生虫黄藻之间的营养交互和再利用被认为是解释该悖论的主要原因。由于珊瑚宿主权衡自养(即通过共生体合成并转运光合作用产物)和异养(即摄食环境中的食物)的能力在很大程度上决定了他们对环境的适应性以及抗逆性,因此珊瑚的营养策略及其可塑性受到了广泛的关注。然而,驱动珊瑚营养策略调整的潜在因素和营养策略差异的功能意义仍不清楚。

海南岛南部是我国典型的近岸珊瑚礁生态系统。其中,鹿角杯形珊瑚(Pocillopora damicornis;Pd)是区域内的优势种。前期的研究发现,该种可与C属(Cladocopium)或D属(Durusdinium)虫黄藻形成稳定的共生关系(简称PdC或PdD)。研究团队采集了不同季节相同深度的Pd和潜在外源食源(浮游动物和颗粒有机物),利用实时荧光定量聚合酶链式反应(qPCR)对Pd进行主导共生虫黄藻属的鉴定(PdC: 42个; PdD: 47个)。在生理性状上,分析了PdC和PdD的差异,并利用使用碳、氮稳定同位素技术评估了珊瑚营养策略的时空变动特征。

与PdD相比,PdC共生虫黄藻密度低约60%,但其单位藻细胞叶绿素含量高约30%,表现出更强的光合作用效率,其虫黄藻有着更富集的δ13C。此外,从生理参数的季节变动角度看来,环境条件的变化对PdC的影响显著大于PdD,说明两种珊瑚共生体对环境变化的适应机制存在区别。环境敏感型PdC可能是通过不断调整自身生理过程来适应环境变化,而环境耐受型PdD则可能是通过保持稳固的共生关系来面对外界环境的变化。

本研究首次发现共生不同属虫黄藻的同种珊瑚各自占据独特的营养生态位,揭示了虫黄藻多样性在珊瑚宿主营养生态位特化中的作用。该现象曾被报道于不同珊瑚物种之间,并被认为是珊瑚优化种间空间等资源竞争的证据。据此,本研究所发现的珊瑚种内营养生态位的特化,表明了PdC与PdD对于营养来源的差异化利用,有助于珊瑚在群落水平上最大限度的利用有限的资源,并支持了共生藻多样性在不断变化的海洋环境中对珊瑚宿主的营养适应以及生态位扩张具有关键作用。

本研究分别通过定性(珊瑚宿主与虫黄藻的碳、氮同位素差值,营养生态位叠度,质心欧氏距离)和定量(贝叶斯混合模型)的方式估算了Pd在不同季节的相对营养来源。发现Pd可以根据季节间环境种资源可利用性差异调整自身主导营养策略,即夏季更依赖自养过程(虫黄藻)而冬季更依赖异养过程(浮游动物等),而共生不同虫黄藻Pd的营养可塑性具有明显差异。其中,PdC的自养相对贡献在不同季节间的变幅高达37.1%,较PdD高23.3%,表现出了更高的营养可塑性。此外,PdC和PdD分别在冬季和夏季表现出更强的异养能力,这意味着他们分别在相对低温和高温的条件下具有更强的抗胁迫能力。该结果从营养生态学的角度,耦合了气候变化背景下共生C和D属虫黄藻珊瑚共生功能体的空间分布趋势。

近年来,自然资源部第三海洋研究所海洋生态保护与修复重点实验室珊瑚研究团队在珊瑚礁退化和适应机制方面开展了深入的研究,尤其在虫黄藻调节珊瑚宿主响应环境变化的动态过程及其生理机制,团队发现了不同基因型虫黄藻会与珊瑚宿主会形成生理功能迥异的共生体,强调了不同类型虫黄藻对珊瑚响应热胁迫的调控作用,为评估珊瑚对全球变化的弹性适应提供了独特的视角。结果先后在Microbiome、Ecological Indicators等期刊发表。本论文是上述文章的基础了进一步利用稳定同位素技术探讨了共生虫黄藻差异对其宿主营养策略的影响,为预测气候变化下不同珊瑚共生功能体的适应和分布提出新见解。

¤ 本文链接

Wang, Q., Zheng, X., Zhou, X., Zhang, H., Cai, L., Leung, J.Y.S., Huang, L., 2024. Symbiont genus determines the trophic strategy of corals: Implications for intraspecific competition for energy sources in coral reefs. Ecological Indicators. 158, 111477. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2023.111477, 中科院2区Top,影响因子6.9.

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