在細(xì)胞水平上調(diào)查珊瑚和藻類(lèi)的配對(duì)

在最佳條件下和海洋溫度升高時(shí)，哪些因素決定藻類(lèi)作為其珊瑚寄主的“租戶”的成功?惠靈頓維多利亞大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)，其中包括卡內(nèi)基的亞瑟格羅斯曼調(diào)查這個(gè)問(wèn)題。

珊瑚是海洋無(wú)脊椎動(dòng)物，它們構(gòu)建了大型外骨骼，從中構(gòu)建了五顏六色的珊瑚礁。但這種造礁的建設(shè)才有可能，因?yàn)樯汉髋c生活在珊瑚蟲(chóng)細(xì)胞內(nèi)的各種單細(xì)胞藻藻叫做甲藻(dinoflagellates)之間存在互利關(guān)系。

這些藻類(lèi)是光合作用的，這意味著它們像植物一樣可以將太陽(yáng)的能量轉(zhuǎn)化為食物形式的化學(xué)能。由藻類(lèi)合成的許多光合作用衍生的營(yíng)養(yǎng)物作為其珊瑚宿主的食物，而宿主又為藻類(lèi)提供必需的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)素，包括二氧化碳，銨形式的氮和磷酸鹽。然而，由于氣候變化造成的海洋變暖導(dǎo)致許多珊瑚失去了他們的本土藻類(lèi) - 以及他們提供的養(yǎng)分 - 這種現(xiàn)象稱(chēng)為漂白現(xiàn)象。如果漂白的珊瑚沒(méi)有被新的藻類(lèi)租戶重新定殖，它就會(huì)死亡。

一些種類(lèi)的甲藻藻類(lèi)與多種類(lèi)型的珊瑚形成這些共生關(guān)系，其他種類(lèi)更具特異性。

“我們有興趣了解維持這些優(yōu)先關(guān)系的細(xì)胞過(guò)程，”格羅斯曼說(shuō)。“我們還想知道，即使這種關(guān)系效率較低，更耐熱，非優(yōu)選的藻類(lèi)是否有可能恢復(fù)漂白的珊瑚群落。”

其他生物如海葵是與珊瑚相同的門(mén)的一部分，稱(chēng)為刺胞動(dòng)物; 它們也有藻類(lèi)，但更容易研究。在這篇由ISME期刊發(fā)表的論文中，研究人員分析了當(dāng)一種名為Exaiptasia pallida 的?？蓛煞N不同的甲藻類(lèi)藻類(lèi) - 一種天然且極易受熱漂白影響而在另一種情況下出現(xiàn)時(shí)，細(xì)胞功能的差異。這是非原生的，但更耐熱。

“在這項(xiàng)研究中，我們希望闡明能夠改善?？c其天然藻類(lèi)之間營(yíng)養(yǎng)交換的蛋白質(zhì)，以及為什么海藻在攜帶非天然耐熱藻類(lèi)時(shí)成功受到影響，”格羅斯曼說(shuō)。

研究小組發(fā)現(xiàn)，天然藻類(lèi)定植的海葵表達(dá)了與有機(jī)氮和脂質(zhì)營(yíng)養(yǎng)相關(guān)的蛋白質(zhì)水平升高，這些蛋白質(zhì)可以通過(guò)藻類(lèi)的光合作用有效地合成。這些海葵還合成了一種名為NPC2-d的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)被認(rèn)為是刺胞動(dòng)物吸收藻類(lèi)并將其識(shí)別為共生伴侶的關(guān)鍵。

相反，具有非天然租戶的?？磉_(dá)與壓力相關(guān)的蛋白質(zhì)，這可能反映了兩種生物的代謝物的最佳整合。

“我們的研究結(jié)果為未來(lái)的研究打開(kāi)了大門(mén)，以確定關(guān)鍵蛋白質(zhì)和細(xì)胞機(jī)制，這些蛋白質(zhì)和細(xì)胞機(jī)制參與維持藻類(lèi)及其寄主的宿主之間的穩(wěn)固關(guān)系以及生物體新陳代謝的整合方式，”格羅斯曼總結(jié)道。