在细胞水平上调查珊瑚和藻类的“配对”

在最佳条件下和海洋温度升高时,哪些因素决定藻类作为其珊瑚寄主的“租户”的成功?惠灵顿维多利亚大学领导的专家团队,其中包括卡内基的亚瑟格罗斯曼调查这个问题。

珊瑚是海洋无脊椎动物,它们构建了大型外骨骼,从中构建了五颜六色的珊瑚礁。但这种造礁的建设才有可能,因为珊瑚与生活在珊瑚虫细胞内的各种单细胞藻藻叫做甲藻(dinoflagellates)之间存在互利关系。

这些藻类是光合作用的,这意味着它们像植物一样可以将太阳的能量转化为食物形式的化学能。由藻类合成的许多光合作用衍生的营养物作为其珊瑚宿主的食物,而宿主又为藻类提供必需的无机营养素,包括二氧化碳,铵形式的氮和磷酸盐。然而,由于气候变化导致的海洋变暖导致许多珊瑚失去了他们的本土藻类 - 以及他们提供的养分 - 这种现象称为漂白现象。如果漂白的珊瑚没有被新的藻类租户重新定殖,它就会死亡。

一些种类的甲藻藻类与多种类型的珊瑚形成这些共生关系,其他种类更具特异性。

“我们有兴趣了解维持这些优先关系的细胞过程,”格罗斯曼说。“我们还想知道,即使这种关系效率较低,更耐热,非优选的藻类是否有可能恢复漂白的珊瑚群落。”

其他生物如海葵是与珊瑚相同的门的一部分,称为刺胞动物;它们也有藻类,但更容易研究。在这篇由ISME杂志发表的论文中,研究人员分析了当一种名为Exaiptasia pallida的海葵由两种不同的甲藻类藻类 - 一种天然的和极易受热漂白影响时 - 发生的细胞功能差异。另一种是非原生的,但更耐热。

“在这项研究中,我们希望阐明能够改善海葵与其天然藻类之间营养交换的蛋白质,以及为什么海藻在携带非天然耐热藻类时成功受到影响,”格罗斯曼说。

研究小组发现,天然藻类定植的海葵表达了与有机氮和脂质代谢相关的蛋白质水平升高 - 这些营养素可以通过藻类的光合作用有效地合成。这些海葵还合成了一种名为NPC2-d的蛋白质,这种蛋白质被认为是刺胞动物吸收藻类并将其识别为共生伴侣的关键。

相反,具有非天然租户的海葵表达与压力相关的蛋白质,这可能反映了两种生物的代谢物的最佳整合。

“我们的研究结果为未来的研究打开了大门,以确定关键蛋白质和细胞机制,这些蛋白质和细胞机制参与维持藻类及其寄主的宿主之间的稳固关系以及生物体新陈代谢的整合方式,”格罗斯曼总结道。