近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室近海生態環境與生態安全研究團隊成功揭示了潮間帶指形鹿角珊瑚卓越耐熱能力的分子生態學機制。相關研究成果發表于《分子生態學》（Molecular Ecology）。
海南鹿回頭岸礁潮間帶與潮下帶水溫差異及夏季低潮期暴露于空氣中珊瑚群落。研究團隊供圖，下同
論文第一作者、中國科學院南海海洋研究所博士研究生張判介紹，氣候變暖和海洋熱浪正威脅著全球珊瑚礁，選育耐熱珊瑚可以為珊瑚礁修復和生態安全提供關鍵保障。潮間帶作為珊瑚分布的邊緣生境，其環境條件極其惡劣（水溫最高可達36℃），但仍有一些珊瑚種類可以在其中生存，特別是對溫度十分敏感的鹿角珊瑚類群。
在國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目資助下，研究團隊以海南島鹿回頭岸礁潮間帶和潮下帶指形鹿角珊瑚（Acropora digitifera）為對象，比較了兩種微生境中珊瑚的耐熱差異，并通過轉錄組和微生物組學等手段系統揭示了潮間帶珊瑚耐熱的分子生態學機制。
潮間帶和潮下帶指形鹿角珊瑚共生蟲黃藻組成差異及其譜系特異性轉錄特征。
該研究發現，經過6個熱周指數（DHW）的高溫暴露后潮下帶珊瑚發生明顯白化，而潮間帶珊瑚則保持穩定的生理特征，表現出卓越的耐熱能力。盡管潮間帶和潮下帶珊瑚宿主的遺傳背景高度相似，但潮下帶珊瑚宿主基因表達在熱脅迫下會發生更大的變化，并特異性激活免疫反應和氨基酸分解代謝通路，且下調單羧酸等營養物質轉運和鈣化功能，暗示其能量危機和共生關系破裂。
進一步分析發現，潮間帶珊瑚主要攜帶耐熱型共生藻Durusdinium，而潮下帶珊瑚則以Cladocopium為主。Durusdinium表現出譜系特異性和組成型高表達的轉錄特征，其高豐度轉錄本涉及脅迫響應、光合作用、細胞周期和共生互作等關鍵功能，這一特征為宿主提供了穩定的能量供給和脅迫緩沖。同時，16S rRNA測序顯示，潮間帶珊瑚顯著富集有益細菌Endozoicomonas，在熱脅迫下可以維持更穩定的細菌群落和網絡結構。
潮間帶和潮下帶指形鹿角珊瑚細菌群落組成及其對熱脅迫的動態響應。
該研究證明潮間帶指形鹿角珊瑚可以耐受至少6個DHW的熱浪條件，它們主要通過調節與共生藻和細菌的伙伴關系來實現高溫耐受和適應。這不僅為理解珊瑚對氣候變化的適應性提供了全新視角，也為未來珊瑚礁生態修復和耐熱珊瑚選育開辟了一條基于自然的解決方案和路徑。
論文共同通訊作者、中國科學院南海海洋研究所副研究員江雷指出，盡管這些天然耐熱珊瑚可直接應用于修復，但是鑒于鹿角珊瑚共生藻的水平傳遞方式，利用這些耐熱親本進行選擇性雜交育種可能存在一定風險。
相關論文信息：https://doi.org/10.1111/mec.70286