《Environmental Microbiology》：Microbial Metabolism and Disease Virulence Changes Across Day and Night in Coral Black Band Disease Lesions
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本文通过纳米孔长读长测序技术重构了珊瑚黑带病（BBD）病灶中28个高质量宏基因组组装基因组（MAG），并结合宏转录组分析揭示了关键微生物类群（如蓝藻Roseofilum reptotaenium、硫氧化/还原菌等）在昼夜光周期下代谢通路（如光合作用、硫循环、氮代谢等）的差异表达模式，为理解BBD病灶的昼夜致病性动态提供了分子生态学新视角。
近完整BBD来源MAGs的获取与微生物群落结构解析
研究通过牛津纳米孔长读长测序技术，从患病Acropora cf. hyacinthus珊瑚的黑带病病灶样本中成功重构了28个高质量和中质量的宏基因组组装基因组。这些MAGs覆盖了BBD微生物群落中81%的宏基因组读长，其中蓝藻Roseofilum reptotaenium占据主导地位（相对丰度28%），其次为Cytophagales UBA2561 sp002340355（14%）。关键功能类群包括硫氧化菌（如Campylobacterales，占6.5%）和硫酸盐还原菌（如Desulfovibrionales，占6.5%）。与既往基于短读长测序的研究相比，长读长技术显著提升了低丰度但功能关键类群（如Arcobacteraceae、Desulfovibrionaceae）的基因组完整度（部分达98%-100%），为后续基因表达谱分析提供了可靠参考。
昼夜条件下BBD宏转录组的映射与差异表达分析
通过对5个Pavona duerdeni珊瑚BBD病灶在白天和夜间采集的样本进行宏转录组测序，研究将获得的9.97亿条读长映射至上述28个MAGs。结果显示，白天样本中映射率平均为25.9%，夜间为21.81%。蓝藻R. reptotaenium和Cytophagales UBA2561是转录组中最主要的贡献者。差异表达分析共识别出414个在昼夜之间显著差异表达的基因，其中93个基因在白天高表达（主要来自R. reptotaenium和Cytophagales），而306个基因在夜间高表达（分布于Campylobacterales、Desulfovibrionaceae等多个类群）。GO和KEGG富集分析表明，昼夜差异显著的基因主要富集于光合作用、硫代谢、氮代谢、辅因子合成、趋化性与运动性等通路。
碳固定、氮与硫代谢通路的昼夜表达动态
蓝藻R. reptotaenium在白天高表达光合系统相关基因（如psa、psb、pet、atp等）、卡尔文循环关键酶基因（如prk、fba）以及光捕获色素基因（如cpc、cpe），表明白天其光合碳固定活性显著增强。夜间，多种非蓝藻类群（如Campylobacterales、SAR324）的还原性三羧酸循环相关基因（如frdA、sucD）表达上调，提示其在暗期可能通过化能自养维持能量代谢。在氮代谢方面，蓝藻的固氮（nif）和同化硝酸盐还原（narB、nirA）基因在昼夜均稳定表达，而Campylobacterales的异化硝酸盐还原基因（napAB、nrfA）及部分类群的固氮基因在夜间表达增强，可能为群落提供夜间氮源。硫代谢中，蓝藻的同化/异化硫酸盐还原基因（sat、cysCHI等）昼夜表达稳定，但Campylobacterales的硫氧化（soxD、fccB）和同化硫酸盐还原（sir）基因、以及Desulfovibrionaceae的异化硫酸盐还原相关基因（aprAB、dsrP、dsvC）在夜间表达显著上调，这与夜间病灶内缺氧、硫化氢积累的微环境相吻合，可能加剧了对珊瑚组织的毒性。
Campylobacterales与Desulfovibrionaceae在硫循环与致病性中的核心作用
Campylobacterales（特别是Arcobacteraceae和Sulfurospirillaceae）在夜间表现出硫氧化（SOX通路基因soxCDY等）、硫还原（phsA）、趋化性（cheA、pctC）和运动性（鞭毛组装）相关基因的上调表达。其生物膜形成调控基因（rssB、rcsC）的夜间高表达提示该菌可能在暗期增强表面定植和微菌落形成。同时，Desulfovibrionaceae在夜间高表达异化硫酸盐还原途径基因（如aprAB、dsrP），促进了硫化氢的产生。这些代谢活动的协同增强，共同导致了夜间BBD病灶内硫化氢水平的升高，从而提升了病害的毒性。此外，Campylobacterales的相对丰度与病灶迁移速率呈正相关，进一步支持了其在推动病灶进展中的关键作用。
非蓝藻类群夜间代谢活动对群落功能的支撑
夜间，多种细菌类群（如Bacteroidales、Acidaminobacteraceae）的固氮基因（nifH）及硝酸盐还原基因表达增强，补充了夜间蓝藻光合作用减弱后的氮源供应。同时，维生素B1（thiE）、B7（生物素代谢）、B12（btu系列转运蛋白）和B2（ribU）等辅因子合成与转运相关基因在夜间显著上调，表明夜间这些类群可能通过维生素等辅酶的合成与交换，支持了整个BBD微生物群落的代谢需求与互作网络。
结论
本研究通过长读长宏基因组与昼夜分辨的宏转录组整合分析，首次在基因表达层面揭示了BBD微生物群落的昼夜代谢节律。蓝藻R. reptotaenium的光合作用主导了白天的代谢活动，而夜间则由Campylobacterales和Desulfovibrionaceae等类群驱动的硫循环、氮代谢、趋化运动及生物膜形成等过程主导，这些夜间增强的代谢活动共同促进了BBD病灶的致病性。该研究深化了对珊瑚黑带病微生物群落时空动态及其致病机制的理解，为珊瑚疾病的防控提供了重要的理论依据。
