俄勒冈州立大学的新研究表明，珊瑚和它们寄主的微生物一起进化。
今天发表在“自然通讯”杂志上的研究结果为拯救地球四面楚歌的珊瑚礁提供了新的见解，这是世界上最大和最重要的生物来源结构。
该研究由国家科学基金会资助，涉及数百个石珊瑚珊瑚样本 - 也称为石珊瑚 - 自从它们首次出现在4.25亿年前已经分支到超过1,500种。
其中许多是珊瑚礁的主要建设者，这些珊瑚礁的种类不到海洋的1%，但却是近四分之一已知海洋物种的家园。珊瑚礁还有助于调节海洋的二氧化碳含量，是科学家在寻找新药时使用的重要狩猎场。
研究报告的共同作者，俄勒冈州立大学微生物学家Rebecca Vega Thurber说：“许多珊瑚在工业化过程中已经灭绝，许多其他珊瑚已经灭绝。”他在2018年俄勒冈州立大学制作的纪录片“拯救亚特兰蒂斯”中出现。“如果我们看到微生物组和珊瑚之间的进化模式，这让我们了解了哪些微生物的目标 - 了解它们的作用，它们如何帮助珊瑚抵御气候变化，以及它们如何帮助缓解营养物质污染。我们可以深入了解微生物并了解它们如何帮助或伤害它们的宿主。“
现代珊瑚是复杂的甲藻，真菌，细菌和古细菌的组成，它们共同构成了珊瑚的微生物群。微生物组成的变化与珊瑚健康的变化有关。
Vega Thurber说：“祖先的珊瑚也可能含有复杂的微生物群落，但我们还不知道这些珊瑚 - 微生物共生是如何进化的，或者是影响现代珊瑚微生物群落的关键因素。”“某些珊瑚种类具有不同的微生物组，其发生在它们的进化历史中的某个时刻。不是4亿年前，但是有一些特定的微生物确实显示出最近与它们的寄主进化的非常强有力的证据。 “
Vega Thurber和Ryan McMinds，博士。她的实验室学生和论文的共同第一作者是国际合作的一部分，该合作还包括宾夕法尼亚州立大学的Monica Medina和前俄勒冈州博士后学者Jesse Zaneveld，他现在是华盛顿大学博塞尔分校的助理教授。
这项规模庞大，具有计算挑战性的研究项目涉及从澳大利亚沿海的21个珊瑚礁采集600个珊瑚样本，跨越17度的纬度。
“在很多不同的尺度上，珊瑚宿主越相似，微生物群落越相似 - 整个社区和特定的微生物，”麦克明德说。“我们从尽可能多的珊瑚中采集样本。对于每个样本集，我们都观察了珊瑚的组织，骨骼和粘液，看看那里有哪些微生物。”
为此，研究人员对16S rRNA基因进行了测序。McMinds解释说，该基因存在于每个生物体中，但略有不同。他把它比作它所属的每个有机体的“分子条形码”。
从那里，科学家们可以寻找不同珊瑚微生物群落之间的模式，并确定是否发生了珊瑚和它们的微生物群的共同进化。
Vega Thurber说：“我们发现了对珊瑚微生物'phylosymbiosis'的强烈支持，其中珊瑚微生物组成和丰富度反映在珊瑚宿主的进化史上。”“当现代造礁珊瑚家族的物种形成开始于大约2500万至65年之间时，伴随着微生物组丰富度的巨大变化。在最近的物种形成事件中，变化继续积累。”
珊瑚多样性对于评估维持每种珊瑚物种微生物组的各种因素来说太过分了，但这些发现提供了微生物组装配的一般规则，“可以估算出珊瑚树未被污染的部分中微生物的影响。”
“现在我们有了一个分析石珊瑚珊瑚微生物的框架，可以揭示珊瑚的进化历史，宿主特征和当地环境如何相互作用来塑造微生物组，”Vega Thurber说。“在珊瑚世界，有一个长期存在的假设，即微生物和珊瑚共同进化，但是在此之前还没有足够的数据来测试它。”
研究人员惊讶地发现，与组织和粘液微生物组相比，珊瑚碳酸钙骨架的微生物群落显示出更大的微生物组丰富度。此外，骨骼微生物组显示出长期系统发育的最强信号 - 一种相关的宿主生物多样化与其微生物组之间的差异变化相关的模式。
“我们原本以为珊瑚会在整个系统发育史上显示出系统发育的迹象，结果支持骨骼和组织而不是粘液，”McMinds说。“尽管物种之间粘液的化学成分与粘液微生物组中显着的宿主特异性存在差异，但宿主的特异性仅限于相对较近的分歧。”
他还指出，这项研究发现“在一些没有人认为重要的微生物群体中”具有潜在意义。
“有数千种不同种类的微生物，而研究人员认为这些微生物并不多，我们确定了其他一些可能影响珊瑚健康的微生物目标，”McMinds说。“我们不确定它们是否重要，但有证据表明它们会随着它们的主机而变化，所以这可能是它们正在做的重要事情。它们不是一个标准的共生体，但似乎它们是值得的仔细观察。“