《Evolving Earth》：Microbiome dynamics following coral transplantation and nursery culture in the Brazilian reef builder
Mussismilia harttii
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本研究针对珊瑚移植恢复中微生物组响应机制不清的问题，开展了濒危造礁珊瑚Mussismilia harttii从健康礁区（Japaratinga, JP）向退化礁区（Porto de Galinhas, PG）移植的微生物组动态研究。通过16S rRNA扩增子测序和脂质组学分析，发现移植15个月后JP来源珊瑚微生物组仍保留供体特征，富集Ruegeria等共生相关菌属，而PG本地珊瑚则富含Vibrio等机会致病菌。研究表明供体来源影响珊瑚微生物组轨迹，为珊瑚恢复实践纳入微生物组监测提供了科学依据。
珊瑚礁是海洋中生物多样性最丰富的生态系统之一，被誉为"海洋中的热带雨林"，为无数海洋生物提供栖息地和繁殖场所，同时也是人类重要的渔业、旅游和自然资源来源。然而，这些珍贵的生态系统正面临着前所未有的威胁。全球气候变化导致的海水变暖和酸化，加上局部的人类活动如过度捕捞、污染等，使得全球珊瑚覆盖率在2009年至2018年间就损失了约14%。有预测显示，在未来20年内，至少50%的浅水珊瑚物种可能面临灭绝风险。
在这一严峻背景下，珊瑚园艺作为一种重要的珊瑚礁恢复方法被广泛应用。该方法通过收集、移植和重新附着珊瑚碎片来修复退化的礁区。其中，将珊瑚从较少受影响的供体礁区转移到较严重退化的受体礁区（即易地移植）是常见的做法。然而，这种移植对珊瑚全息体（包括珊瑚动物、共生虫黄藻和相关的微生物群落）的影响，特别是对珊瑚相关微生物组的影响，仍知之甚少。
为了填补这一知识空白，来自巴西联邦里约热内卢大学微生物学实验室的研究团队在《Evolving Earth》上发表了一项创新性研究。他们以巴西特有的濒危造礁珊瑚Mussismilia harttii为研究对象，开展了一项为期15个月的移植实验。该物种是巴西沿海历史上主要的造礁珊瑚之一，但由于种群数量持续下降，已被世界自然保护联盟（IUCN）红色名录列为濒危物种。
研究团队选择了两个特征迥异的研究地点：位于阿拉戈斯州的Japaratinga（JP）和相距95.6公里的伯南布哥州的Porto de Galinhas（PG）。JP位于巴西最大的沿海保护区之一（APACC）内，珊瑚丰度高，群落规模大，被认为是M. harttii目前最健康的种群之一；而PG是巴西最受欢迎的旅游目的地之一，靠近海滩的礁石受到较大的人类活动影响，M. harttii种群数量严重减少。
研究人员采用了几项关键技术方法开展研究：从JP和PG两地收集自然脱落的M. harttii碎片，在PG建立浅水苗圃进行为期15个月的培养；通过16S rRNA基因扩增子测序分析珊瑚和海水中的细菌群落组成；使用气相色谱-质谱联用技术进行脂质组学分析；并通过体外共培养实验研究代表性细菌菌株（Ruegeria和Vibrio）的生长相互作用。研究共分析了26个珊瑚样本和6个海水样本，采用QIIME 2进行数据处理，包括α多样性（Shannon指数）和β多样性（Bray-Curtis相异度）分析。
3.1. Japaratinga（JP）和Porto de Galinhas（PG）的水质
研究发现两个地点的浮游细菌群落存在显著差异。PG水体中相对富集了Escherichia、Desulfovibrio、Arcobacter和Nitrospira等通常与营养富集或受影响的沿海水域相关的类群。这些菌群的特征与PG较高的营养盐水平、叶绿素a和温度等环境参数相一致。相比之下，JP样品中相对富集了Actinomarina、Soliobacter和Coraliomargarita等菌属。环境主成分分析显示，细菌群落结构与温度、营养盐等环境梯度存在协变关系。
3.2. 0时间点的基线脂质谱
脂质组学分析在移植前提供了基线生化背景信息。所有样本均检测到17种饱和脂肪酸和40种不饱和脂肪酸。JP珊瑚中长碳链脂肪酸（如C24:5n6和C24:4n6）含量较高，而PG珊瑚中短碳链化合物（如C14:0i和C14:0a）更丰富。化学分类学生物标志物C18:3n6、C20:4n6和C22:6n3在JP珊瑚中的含量显著高于PG，这些多不饱和脂肪酸通常与微藻共生体相关。
3.3. 珊瑚相关细菌群落
16S rRNA测序共生成586万个部分读长。香农多样性分析显示，PG珊瑚在9个月和15个月时的多样性显著高于JP珊瑚。在门水平上，Pseudomonadota（原名Proteobacteria）在所有珊瑚样本中最为普遍（55-98%）。在属水平上，JP珊瑚中Ruegeria、Labrenzia和Paracoccus等推测的共生相关菌属相对丰度较高，而PG珊瑚则富含Vibrio等机会致病/病原共生菌系。特别值得注意的是，移植15个月后，从JP移植到PG的珊瑚微生物组与JP对照组更为相似，而不是PG对照组，表明存在部分、地点特异性的供体来源微生物组特征。
3.4. 细菌生长共培养
体外共培养实验显示，Ruegeria和Vibrio共培养物的生长速率显著高于单独培养，在72小时时达到最高光密度值（约3.5）。这一结果与16S rRNA基因数据中观察到的模式定性一致，即共生相关和机会致病类群在不同地点的珊瑚中呈现不同的丰度模式。
研究结论表明，在两点移植框架内，供体礁区来源与珊瑚相关微生物组组成在受体地培养15个月后存在地点和时间特异性的差异。JP来源的移植珊瑚在培养15个月后的微生物组更接近于JP对照组而非PG珊瑚，表明供体来源的微生物组特征在易地移植后部分持续存在。这一发现提示，在珊瑚恢复和易地移植工作中，除了常规的存活和生长指标外，供体来源和纵向微生物组监测可能是值得考虑的相关因素。
这项研究首次提供了Mussismilia harttii在移植和苗圃培养过程中微生物组动态的纵向证据，为理解珊瑚全息体对环境变化的响应机制提供了重要见解。研究结果强调，在珊瑚恢复实践中应重视微生物组的变化，将微生物组监测纳入珊瑚移植评估体系，从而提高珊瑚恢复的成功率和可持续性。未来的研究需要增加重复、设置reciprocal transplants（如从PG到JP）、结合生理生物标志物和更多礁区站点，以评估微生物组组成与珊瑚性能之间的因果关系，并检验这些模式在不同环境干扰背景下的普适性。
