丛生盔形珊瑚（Galaxea fascicularis）两种形态型的耐热性分化

发布日期：2025-01-03 19:40    点击次数：170

珊瑚礁作为全球最大且生物多样性最丰富的生态系统之一,承担着调节环境提供海岸防护生态功能的同时也带来了巨大的经济利益,珊瑚礁丰富的生物多样性是地球巨大的宝库。全球范围的温度升高被认为是造成珊瑚礁白化的主要原因,因此,研究珊瑚耐热性对保护珊瑚礁有重要意义。本论文以海南岛岸礁代表性造礁珊瑚种类丛生盔形珊瑚(Galaxea fascicularis)为研究对象,揭示丛生盔形珊瑚两种形态型对温度升高的耐热性分化差异,主要结果如下:1.高温胁迫与缓慢升温条件下盔形珊瑚两种形态型的耐热性差异海南三亚西岛的丛生盔形珊瑚根据口周触手的长短和排列,可分为两种外观不同的形态型,这两种形态型的穿刺型刺丝囊(microbasic p-mastigophores,MpM),以及mt DNA中cytb与nd2之间一个290 bp的indel也存在差异,我们根据这些特征将这两种形态型命名为sL型和hS型。本研究以海南三亚西岛的丛生盔形珊瑚群体(n=14,其中7个sL型,7个hS型)进行高温胁迫(32℃,较平均环境温度升高6-7℃,108h)和缓慢升温实验(n=10,其中5个sL型,5个hS型,每12 h升高0.5℃,从25℃升温至31℃后9天)。结果表明,在高温和缓慢升温实验中,两种形态型的丛生盔形珊瑚均会出现细菌性组织脱落型白化现象,表现为杯壁白化(轻度,×0.25),共肉白化,斑状脱落(中度,×0.50),以及杯壁与共肉整片脱落,触手缩回(重度,×1.00)白化率的统计以各级白化的水螅体数量乘以其权重的总和与样品总水螅体数量的比值来计算。在高温/缓慢加温条件下,sL和hS的白化率分别为22.6±30.0%/13.0±23.7%和5.5±7.4.0%/0.0±0.5%。差异均显著(P0.05)。hS型呈现了显著较高的耐热性,而sL型在高温过程中更早发生白化,且在缓慢升温后的恢复期,白化率持续升高,而hS型的白化率有所缓解。2.丛生盔形珊瑚两种形态型的转录组对升温的响应测序分析丛生盔形珊瑚sL型与hS型转录组对缓慢升温(较环境水温25℃±1℃,+1℃/12 h,升高3℃和6℃)的响应。通过Illumina HiSeq TM 2000测序,六个个体的所有24个样本经质控总共获得920,945,408条reads,经过mapping到参考基因组共获得62,575条基因序列,平均mapping率高于52%。GC%均高于44%。其中33,730条基因序列注释到GO数据库中(53.9%),20,937条unigenes被注释到KOG数据库(33.5%)。sL和hS型对缓慢升温的响应模式差异显著,在水温升高3℃(到28℃)8 h时,hS型转录组中,显著变化(P0.05)基因数量为484条,其中上调基因数333,下调基因数为151;而sL型显著上调基因仅8条,下调基因3条,基因表达响应程度显著低于hS型。继续升温3℃(到31℃)54 h后,尽管sL的白化率显著高于hS型,但基因表达没有显著变化,而hS型显著变化基因159条(上调101个,下调58个)。hS型个体在氧化磷酸化以及TNF信号通路上与sL型表现出显著差异。而sL型对于温度的升高缺乏基因层面适应性生理调节,可能是二者耐热性显著分化的原因之一。3.钙离子浓度对丛生盔形珊瑚的耐热性的影响Ca~(2+)离子的含量可能在珊瑚白化进程中扮演着重要的信号。本实验测试了不同Ca~(2+)浓度对丛生盔型珊瑚两种形态型的影响。在高温处理过程中(32℃,较平均环境温度升高6℃),在136 h、232 h和242 h,Ca~(2+)浓度分别增加到100 mg/L、200 mg/L和400 mg/L。结果显示,sL型与hS型个体在实验过程中均产生了不同程度的白化,但增加Ca~(2+)的实验组与对照组之间的sL型和hS型个体的白化率,均没有明显差异。不过,本研究发现了一直值得注意的问题,相比与之前的高温胁迫实验,由于本实验中使用了0.45μm过滤海水,减少了海水中细菌的密度,明显推后了珊瑚在高温下发生白化现象的出现时间。4.补充动物性营养对丛生盔形珊瑚两种形态型耐热性的影响珊瑚可以通过外界捕食外界生物来补充自身生长所需的营养。为了检测动物性营养的添加对丛生盔形珊瑚两种形态型耐热性的影响,我们设置了投喂卤虫无节幼体组(持续补充卤虫作为动物性营养来源)和相同个体组成的对照组进行高温实验(32℃)。结果显示,投喂组的两种形态型珊瑚的白化出现时间,都比对照组的晚,且白化率更低。白化率降序排列为:sL型对照组sL型投喂组hS型对照组hS型投喂组。本实验中,hS型从生盔形珊瑚表现出的耐热性仍然较强,投喂动物性营养并未改变这种差异,但对两种类型的耐热性提升均有助益,并且这种正向影响在sL型中更加突出。综上,丛生盔形珊瑚的hS型较sL型具有较强的高温耐受性。这种差异主要决定于二者本身的遗传分化。hS型转录组对缓慢升温的响应较sL型积极。外源动物性营养对sL型高温耐受性的提高有正面影响。丛生盔形珊瑚分化为两个具有形态和遗传标记,并在高温适应性上显著差异的形态型,因此成为研究造礁珊瑚环境适应性的理想材料。