科大研究揭示深海黑珊瑚與共生菌適應機制

香港科技大學（科大）海洋科學系錢培元教授領導的研究團隊，與南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）及中國水產科學研究院黃海水產研究所合作，在深海黑珊瑚（Bathypathes pseudoalternata）與共生菌適應機制方面取得重要突破。此研究成果已發表於國際權威期刊《Cell Host & Microbe》。

該研究首次對這種深海黑珊瑚進行了從基因組到功能層面的全面分析，揭示其如何透過營養互補、代謝合作、抗氧化防禦、病毒抵禦與免疫穩態，在極端環境中存活。研究團隊開發了一套綜合分析框架，涵蓋宿主基因組、共生菌群落結構、共生菌基因組、空間分佈及轉錄組功能，系統性地分析了深海黑珊瑚的共生穩定性、營養互補和免疫調控機制。

研究顯示，深海黑珊瑚擁有由 16 條染色體構成的高品質染色體級基因組。基因家族分析表明，與營養攝取、內吞與溶酶體功能及免疫反應相關的代謝途徑顯著增加，反映珊瑚在營養匱乏的深海環境中通過強化物質吸收和細胞消化能力而生存。

此外，研究發現該基因組缺乏多種氨基酸和部分維生素的完整合成途徑。這表明珊瑚必須依賴共生菌提供所需的營養素。分析來自南海和西太平洋不同深度和區域的深海沈積物樣本後發現，深海黑珊瑚體內維持著一套穩定且高度簡化的共生菌群落，其組成與周圍環境中的菌群結構截然不同，表明珊瑚對共生菌具有高度選擇性。

核心共生菌通過分工協作，共同協助珊瑚在極端惡劣的深海環境中存活。這些共生菌包括具備固碳與氨氧化能力的氨氧化古菌，可協助宿主解毒並合成氨基酸與維生素；提供血紅素、硫辛酸、谷胱甘肽和脂肪酸的新發現α- 變形菌；以及攜帶 CRISPR/Cas 免疫系統與限制修飾系統的兩種高度簡化柔膜菌。這些共生菌為宿主珊瑚提供營養補給、氨解毒、維生素與代謝物合成、抗氧化及病毒防禦等多種維持生命所需的功能。

錢培元教授指出，研究結果突顯了深海珊瑚在極端環境中非凡的適應能力，並揭示了其與共生菌在極端環境中維持共生關係的重要性。該研究獲多個機構資助，包括國家自然科學基金青年科學基金項目、國家重點研發計劃等。

本文由邵長偉研究員（中國水產科學研究院黃海水產研究所）、錢培元教授（科大）及孟亮研究員和劉姍姍研究員（華大生命科學研究院）為共同通訊作者；位戰飛（中國水產科學研究院黃海水產研究所）、蘭奕（科大）、孟麗慧（青島農業大學）共同擔任第一作者。該論文刊載於《Cell Host & Microbe》期刊，DOIPDF:10.1016/j.chom.2025.10.020。