北大西洋潮间带岩草上的细菌

岩藻等藻类是海洋生态系统的基本组成部分，为许多其他海洋生物提供栖息地和食物，同时也提供水的氧化等生态系统服务。反过来，藻类依靠细菌维持其正常形状和健康。来自北大西洋各国的15名科学家的研究表明，新的测序方法正在阐明海洋细菌和海洋藻类之间的关系。这项已发表的研究有助于理解藻类对不断变化的环境有多么敏感。

　　

新的测序方法正在阐明海洋细菌和海藻之间的关系，正如来自北大西洋各国的15位科学家所证明的那样。

主要研究人员苏珊·布劳利(UMaine School of Marine Sciences)教授和希拉里·莫里森(Hilary Morrison)，马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的高级科学家，在美国国家科学基金会(NSF)的资助下，他带领一组研究人员对潮间带岩藻墨角藻(Fucus vesiculosus)相关的细菌进行了大规模研究。研究结果发表在《心理学杂志》上。

研究人员发现,褐藻上的细菌群落之间的相似的北大西洋东部和西部海岸纬度相似,但不同主机之间是沿着南北梯度生物地理的范围——格陵兰岛西部海岸北卡罗莱纳,西班牙在大西洋东部和挪威。研究人员还观察到，这种藻类在北卡罗来纳州海岸地区消失了，那里曾经有大量的藻类，强调迫切需要了解细菌-宿主的相互作用，以及在海洋生态系统因气候变化而发生宿主退缩的南部地区与宿主藻类相关的特定细菌群落。

布劳利说:“我们的研究表明，这种岩藻类上的细菌群落结构取决于当前和过去的环境，包括与过去的冰川旋回相关的墨角藻(Fucus vesicullosus)生物地理范围的变化。”“其中一些细菌对墨角藻至关重要。通过在横跨北大西洋的16个现场进行这项大型研究，在藻类组织中寻找常见的藻类，我们可以缩小我们的搜索范围，确定这种大型藻类是否能够在海岸上持续存在。”

之前的研究已经表明，细菌对宿主的结构是如此重要，以至于如果给予抗生素治疗以去除细菌，藻类实际上可以分解。研究人员希望找到哪种细菌对墨角鱼是重要的。在测序了支持细菌蛋白质合成的一个基因的一部分细菌群落后，他们用一种被称为最小熵分解的标记基因分析技术将细菌从属分类到生态型，这种技术现在被微生物学家广泛使用。这导致每个不同类型的细菌被分配不同的扩增子序列变异(ASV) ID。

布劳利说:“这就像一次分子钓鱼探险，可以缩小我们对那些可能对藻类最重要的细菌的搜索范围。”“发现有组织特异性的细菌表明，但不是证明，它们可能对组织的功能和藻类的持久性特别重要。我们已经分离出其中一些细菌的纯培养物，并正在研究它们的基因组、相对生长速度以及彼此之间的竞争。”

例如，这项研究通过与特定组织的联系，揭示了许多未被识别的细菌属颗粒孢球菌(Granulosicoccus)成员——从藻类附着在表面的固结物，到生殖器官，再到主要的光合组织。研究还揭示了不同水平的不同环境因素，这些环境因素与特定的颗粒孢菌与北部、中部和/或南部纬度的墨角藻有关，并显示了这些颗粒孢菌如何与在其他海洋生物如海绵、珊瑚、还有红藻和绿藻。

布劳利说:“在你了解如何和为什么之前，你必须先了解是谁。”“这是一个非常丰富的来源，谁在哪里。”

在实地研究中也有一些意外的发现。在项目进行多年的实地研究过程中，科学家们在北卡罗来纳州博福特(Beaufort)的一个地点观察到墨角藻(Fucus vesiculosus)在当地的灭绝，而长期以来墨角藻在那里数量丰富。2015年研究开始时，该地点被认为是F. vesicullosus的最南端;它在2016年末消失了。研究人员在该地点安装的温度传感器表明，温暖的空气和海水温度带来的压力，再加上秋季繁殖季节的热带风暴，可以解释它的消失和2021年之前无法重现的原因。

布劳利说:“我们现在不知道美国范围的南部边缘在哪里。”“作为海洋生物学家，我们有兴趣知道海岸上的生物对气候变化有多脆弱。我们正在进行的研究是通过生理和基因组研究探索细菌对墨角藻可能的影响。我们想知道一些细菌是否具有保护作用，宿主细菌群落的结构是否受到了气候变化的干扰。”

布劳利并不是该项目中唯一一个与尤迈因有关的研究人员。作者Kyle Capistrant-Fossa和Charlotte Quigley分别是UMaine的硕士和博士研究生。该研究的另一位作者埃斯特Serr?o, 1996年在尤迈因获得博士学位，现在是葡萄牙阿尔加维大学的教授和皮尤基金会海军研究员。

利·斯特恩斯(Leigh Stearns)也是缅因州大学(University of Maine)地质学和气候科学的博士研究生。她在堪萨斯大学(University of Kansas)担任地质学教授，正在那里进行冰川学研究，期间她在格陵兰岛乌曼纳克(ummannaq)北部的墨角藻山脉采集了墨角藻。布劳利指出，拥有一个跨越学科和七个母国的研究团队，在科学和人类层面是多么丰富。

《心理学杂志》对这篇文章的研究进行了重点报道，并在12月的封面上使用了一张在阿卡迪亚国家公园拍摄的照片，该公园位于该研究的16个北大西洋野外考察地点之一。

细菌群落相比,研究人员还对另外两种褐藻在缅因州海岸——岩藻spiralis,发现高潮间带和岩藻distichus低潮间带——看看他们的细菌的社区比较mid-zoned岩藻vesiculosus进一步缅因州北部和南部。例如，科学家们正在测试缅因州海岸高海拔的螺旋形f.s ulalis的细菌群落结构是否与北卡罗来纳州、特拉华州和西班牙等较温暖地区的囊泡形f.s ulullosus的细菌群落结构相似，而不是与缅因州海岸潮间带中部的囊泡形f.s ulullosus的细菌群落结构相似。

布劳利指出，已经发表和正在进行的研究“表明了墨角藻细菌的群落结构在每年、季节和纬度尺度上的变化，有助于理解墨角藻的微生物群对变化的环境有多敏感。”

Journal Reference:

1. Kyle A. Capistrant‐Fossa, Hilary G. Morrison, Aschwin H. Engelen, Charlotte T.C. Quigley, Aleksey Morozov, Ester A. Serrão, Juliet Brodie, Claire M.M. Gachon, Yacine Badis, Ladd E. Johnson, Galice Hoarau, Maria Helena Abreu, Patricia A. Tester, Leigh A. Stearns, Susan H. Brawley. The microbiome of the habitat‐forming brown alga            Fucus vesiculosus            (Phaeophyceae) has similar cross‐Atlantic structure that reflects past and present drivers            1. Journal of Phycology, 2021; 57 (6): 1681 DOI: 10.1111/jpy.13194