《Frontiers in Microbiology》：Composition, diversity and functional potential of bacterial community in four stony coral species from the South China Sea
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本文通过高通量测序系统分析南海四种石珊瑚（Favites abdita、Favia speciosa、Montipora digitata、Porites solida）共生细菌的群落结构差异与功能保守性，发现尽管不同珊瑚物种的细菌组成存在显著差异（p<0.05），但其核心代谢功能（如氨基酸转运代谢、能量转化等）高度一致，揭示了珊瑚微生物组在环境适应中的功能冗余机制，为珊瑚礁生态保护提供微生物学依据。
1 引言
珊瑚礁生态系统被誉为"海洋中的热带雨林"，是全球生物多样性最丰富的系统之一。尽管仅覆盖海床面积的0.2%，却为至少25%的海洋物种提供栖息地和食物来源，每年为全球经济贡献约3750亿美元。珊瑚共生微生物作为珊瑚生命周期中不可或缺的组成部分，其与珊瑚的共生关系直接影响珊瑚的生存、生长和环境适应性。其中，细菌群落作为核心共生体，在营养循环、代谢过程和免疫调节中发挥关键作用。
近年来珊瑚共生微生物的研究多集中于生态功能，而对不同珊瑚物种相关细菌的群落组成、多样性及功能潜力的系统分析仍较有限。本研究首次通过高通量测序系统分析南海大亚湾四种石珊瑚（Favites abdita（Fa）、Favia speciosa（Fs）、Montipora digitata（Md）和Porites solida（Ps））共生细菌的群落结构和功能特征。
2 材料与方法
研究样本采集自南海大亚湾近海区域（22°40′37″N，114°32′59″E），水深11米。在保证珊瑚完整性的前提下，现场鉴定并标记目标物种后，使用专业工具采集样本，低温运输至实验室保存。通过细胞色素c氧化酶亚基I（COI）基因分析构建系统发育树，确认四种珊瑚的进化关系。
DNA提取使用AxyGen DNA凝胶回收试剂盒，针对细菌16S rRNA基因V4区设计通用引物515F和907R进行PCR扩增。测序数据经过fastp质控和FLASH组装后，使用UPARSE软件以97%相似度划分操作分类单元（OTUs），并通过Silva数据库进行物种注释。多样性分析包括α多样性（Chao1、Shannon、ACE、Simpson指数）和β多样性（基于Bray-Curtis距离的主坐标分析PCoA）。功能预测采用Tax4Fun软件包，基于KEGG数据库进行功能注释。
3 结果
3.1 细菌群落组成
研究共鉴定出23个门、250个属的细菌类群。在门水平上，Fa、Fs和Ps组均以变形菌门（Proteobacteria）为绝对优势门，而Md组则主要由厚壁菌门（Firmicutes）主导。属水平上，Fs组呈现鲁杰氏菌属（Ruegeria）的极端优势，Md组则表现出高多样性且无单一优势属的特征。Circos图直观展示了不同样本组主要细菌门的相对丰度及相互关系。
3.2 群落结构多样性比较
α多样性分析显示，Md组物种丰富度最高，Fs组最低。稀释曲线表明测序深度足以覆盖样本中绝大多数细菌物种，各组覆盖率均超过99%。PCoA分析显示，主坐标1（PC1）和主坐标2（PC2）分别解释54.77%和26.96%的群落结构变异，累计解释度达81.73%。Md组与其他珊瑚分离明显，Fa和Fs组则呈现显著重叠。群落热图进一步证实了不同样本在属水平的组成差异。
3.3 群落功能潜力预测
COG功能分类显示，除功能未知类别外，氨基酸转运代谢（E）、能量产生转换（C）和翻译核糖体结构生物合成（J）是丰度最高、分布最广的核心功能类别。四种珊瑚在这些功能类别的相对比例高度一致，体现了功能保守性。酶丰度热图显示，Fa和Ps组酶分布最为相似，Fs组中酶2.7.11.1显著优势，Md组则表现出最丰富的酶功能多样性。KEGG Level 1水平上，代谢功能显著高于其他类别，环境信息处理和遗传信息处理次之。
4 讨论
珊瑚与微生物的相互作用是珊瑚礁生态的基本动力学过程。本研究鉴定的368种细菌展现了珊瑚共生微环境中细菌群落的显著多样性。变形菌门占总序列的49.52%，与多数地区珊瑚微生物分布模式一致。核心细菌群组可能作为执行基础生态功能的关键组分，反映了珊瑚相关细菌群落的功能保守性。
Md组独特的厚壁菌门优势可能与其共生的虫黄藻（Symbiodinium）种类差异有关。Fs组中鲁杰氏菌属的极端优势可能通过抑制有害细菌维持微环境平衡。α多样性特征与群落组成模式高度吻合，Md组的高多样性与其无单一优势属的结构特征一致，而Fs组的低丰富度可能与鲁杰氏菌属的竞争抑制有关。
功能分析表明，尽管群落结构存在差异，但核心代谢功能的高度保守性体现了微生物对珊瑚生境的适应机制。这种保守性可能支撑了微生物与宿主的稳定互作，同时反映了功能冗余在维持群落稳定性中的作用。
5 结论
本研究系统揭示了南海四种石珊瑚共生细菌群落虽存在显著组成差异，但核心代谢功能呈现高度保守。高通量测序共鉴定出23个门、250个属的细菌类群，其中Md组微生物多样性最高，Fs组最低。COG和KEGG分析均表明四大珊瑚微生物群在核心功能类别上高度一致，体现了功能冗余和生态位保守特性。需要注意的是，功能预测基于生物信息学方法，尚未经实验验证。未来研究应整合宏基因组学、宏转录组学和培养实验，进一步验证核心微生物群在珊瑚健康和环境适应中的具体功能机制，为珊瑚礁生态修复和珊瑚白化预警提供更可靠的理论基础。
