近期，EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室李誌勇教授課題組在生物學1區期刊Microbiological Research上發表“The interactive effects of ocean acidification and warming on bioeroding sponge Spheciospongia vesparium microbiome indicated by metatranscriptomics”論文，通過建立室內模擬海洋酸化🙇🏼‍♂️、升溫體系，采用宏轉錄組策略↕️，揭示了生物侵蝕性海綿Spheciospongia vesparium 共生微生物群系對酸化🤷🏽、升溫以及同時升溫-酸化脅迫響應的分子機製，尤其是發現升溫與酸化兩種脅迫之間存在協同效應🦑。這對於在全球氣候變化背景下保護海洋生態系統具有極其重要的價值。EON体育4平台博士生柴光俊為論文第一作者，李誌勇教授為論文通訊作者😆。

人類活動造成了大氣二氧化碳濃度不斷升高，導致全球氣候變暖與海洋酸化。在過去的20世紀，二氧化碳排放使海水溫度增加了0.74℃🔭，海水平均pH降低0.1單位。據估計到2050-2100年👩🏻🎑，大氣中二氧化碳濃度將超過500ppm🧑🏻‍🦰👨‍🦰，全球平均氣溫要升高2℃。全球變暖、海洋酸化將會對珊瑚礁生態系統造成惡劣影響，導致珊瑚礁衰減🧍‍♀️，同時也會影響珊瑚礁生物生存與生態學功能。

海綿是最古老的多孔動物(Porifera)（約6.4億年）🔯，也是最原始的多細胞動物，大約有8,500-10,000種，約占海洋動物種類的1/15。海綿在淺海與深海廣泛分布，尤其是在珊瑚礁生態系統中最為豐富多樣👈🏼，是珊瑚礁生態系統的第二大組成生物🫲，能夠為生態系統中的其它生物提供營養與棲息場所。同時↗️，海綿具有遍布全身的孔狀結構，每天每公斤海綿可過濾多達24立方米的海水。海綿豐富多樣的共生微生物再加上其分布廣泛𓀚、獨特的濾水特性使其成為海洋元素循環重要的“驅動器”。

海綿與原核📋、真核共生生物組成的有機整體稱為“海綿全功能體”（Sponge holobiont）。海綿是目前已知生物中共生生物組成最復雜的，擁有60多個門以上的細菌、多個門的古菌、真菌以及微藻等共生生物💂🏼‍♀️。海綿共生微生物可占海綿體積40%-60%以上，豐度可達10^8-10個細胞/g海綿，遠高於海水微生物2-4個數量級。

海綿共生微生物群系對海綿全功能體在不斷變化的海洋環境中的生存與健康至關重要，同時也是海綿驅動海洋元素循環的主要參與者。然而，EON体育4平台很少了解海洋升溫和酸化對海綿共生微生物群系的影響，尤其是對升溫和酸化兩種脅迫因素同時存在時是否存在協同效應還知之甚少。因此，在全球氣候變暖與海洋酸化背景下🔄，研究海綿共生微生物群系對海洋酸化、升溫以及同時酸化-升溫響應的分子機製意義重大。

李誌勇教授課題組選擇生物侵蝕性海綿Spheciospongia vesparium 為對象，在實驗室模擬32℃和pH 7.7海洋升溫與酸化，以海水正常溫度與酸堿度（26℃🧜🏽‍♂️、pH8.1）為對照，采用宏轉錄組學策略對比脅迫組與對照組原位活躍的共生微生物多樣性🧙、功能基因差異性表達變化⛹🏻‍♂️，研究海綿共生微生物群落結構與功能變化以及脅迫去除後的恢復潛力。結果發現：單獨酸化脅迫升溫和酸化造成的影響沒有顯著性差異𓀉，但是升溫或升溫-酸化的影響顯著💍，尤其是升溫脅迫會打破海綿共生微生物群系的組成與代謝平衡🏄🏼‍♀️，例如：Nesiotobacter、Oceanospirillaceae🧔🏼、Deltaproteobacteria、Epsilonproteobacteria等潛在致病微生物相對豐度升高🍽，毒力因子基因表達上調。同時，升溫脅迫還破壞了海綿全功能體內的營養交換和分子相互作用，促進了厭氧代謝過程，例如：增強了微生物反硝化🧗🏼‍♀️、硝酸鹽和硫酸鹽的異化還原🛼，從而破壞了海綿-微生物的共生關系，影響了海綿全功能體的健康🧙🏼‍♂️。在去除升溫或升溫-酸化脅迫後，發現海綿共生微生物群系的結構與功能在實驗期間無法恢復👩🏻‍🏫，並增加了一些新的基因差異性表達，提示升溫或升溫-酸化脅迫對海綿共生微生物群系的影響是不可逆性，並具有持續性。尤其值得一提的是，該研究發現酸化可以一定程度上減輕升溫對海綿共生微生物群系帶來的負面影響，提示升溫♦️、酸化兩種脅迫因素之間具有協同效應。

圖1.室內模擬海洋酸化與升溫的研究體系

圖2.基於宏轉錄組的海綿S.vesparium 活躍的共生微生物群落結構變化

（A：酸化；W：升溫；AW：同時酸化、升溫；PA👩🏿‍🍼：酸化脅迫去除👼🏽；PW：升溫脅迫去除👏🏻；PAW🧒🏼：同時酸化🕟🌩、升溫脅迫去除；C🎫：實驗對照；T0：樣品對照）

圖3.基於基因差異性表達分析海綿S.vesparium 共生微生物群系功能變化

（A🏃‍♀️‍➡️：酸化；W：升溫；AW🌏🎤：同時酸化、升溫；PA：酸化脅迫去除🤚🏽⚪️；PW：升溫脅迫去除⚱️；PAW：同時酸化、升溫脅迫去除；C：實驗對照；T0🫓：樣品對照）

該研究得到了國家自然基金(31861143020,41776138)資助。

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