西南大西洋珊瑚微生物组的昼夜节律变化与物种特异性特征研究

本研究针对珊瑚微生物组在昼夜周期中的动态变化这一科学问题，通过对比两种虫黄藻共生型珊瑚（Madracis decactis和Mussismilia hispida）与非共生型珊瑚（Tubastraea coccinea和T. tagusensis）的72小时连续采样数据，首次揭示了西南大西洋珊瑚微生物组的稳定性和物种特异性。研究发现尽管昼夜变化对微生物组成影响有限，但鉴定出Pseudoalteromonas（24小时周期）和Woeseia（12小时周期）等具有显著节律的菌株，为理解珊瑚-微生物共生系统的环境适应机制提供了新视角。

　　

在浩瀚的海洋生态系统中，珊瑚礁被誉为"海洋热带雨林"，其健康状态与共生微生物群落息息相关。然而长期以来，科学家们对珊瑚微生物组是否遵循宿主生理节律这一基本问题知之甚少。特别是在环境条件独特的西南大西洋海域，珊瑚与微生物的互作机制更是一片待探索的领域。这项发表在《Environmental Microbiome》的研究，由圣保罗大学海洋生物学中心领衔的国际团队完成，首次系统揭示了该区域珊瑚微生物组的昼夜动态特征。

研究人员采用16S rRNA基因测序技术（V3-V4区），对巴西Alcatrazes群岛四种珊瑚（两种虫黄藻共生型和两种非共生型）进行了72小时连续采样（每4小时一次）。通过DADA2流程分析扩增子序列变异（ASV），结合MetaCycle节律分析和DESeq2差异丰度检测，系统评估了微生物组的结构和动态特征。

【Composition and rhythmic variations】部分显示：所有珊瑚物种的微生物组均以变形菌门（Proteobacteria）为主导，但虫黄藻共生型珊瑚Madracis decactis展现出显著更高的α多样性。引人注目的是，当地特有物种Mussismilia hispida在属水平存在大量未分类微生物，暗示可能存在独特的共进化关系。通过Bray-Curtis距离分析发现，不同物种间微生物组差异显著（PERMANOVA p<0.001），但昼夜时段内组成保持稳定。

【Variation in diel and tidal rhythms】部分揭示：JTK周期算法检测到两个具有显著节律的ASV——T. tagusensis中的Pseudoalteromonas（24小时周期）和Ma. decactis中的Woeseia（12小时周期）。DESeq2分析进一步发现13个ASV存在昼夜丰度差异，包括与已知生物钟细菌亲缘关系较近的Synechococcus CC9902（蓝藻）和Magnetospiraceae（紫细菌）。冗余分析（RDA）显示环境参数对微生物丰度短期变化影响不显著。

在【Discussion】中，作者指出这项研究有三个重要突破：首次证实西南大西洋珊瑚微生物组具有物种特异性，这与宿主系统发育（phylosymbiosis）存在潜在关联；发现潮汐节律（12小时）与昼夜节律（24小时）共同影响特定菌群的动态；揭示当地特有珊瑚M. hispida蕴含大量未表征微生物资源。特别值得注意的是，尽管虫黄藻光合作用会引发宿主体内氧浓度昼夜波动，但共生型与非共生型珊瑚的微生物组稳定性相似，暗示宿主可能通过尚不明确的机制维持微生物群落平衡。

这项研究为珊瑚礁保护提供了新的科学视角：稳定的微生物组结构可能增强珊瑚对环境变化的适应力；而Pseudoalteromonas等具有抗菌活性的节律性菌株，或可作为珊瑚健康状态的生物标志物。未来研究建议聚焦微生物代谢通路的时间动态，这将有助于解析珊瑚如何在气候变化背景下维持共生系统的稳态。该成果对理解边缘礁系统（如高浊度、低温的西南大西洋珊瑚礁）的独特适应性具有重要价值。