长期升温适应下硅藻宿主代谢产物与微生物组动态的互作机制研究

本研究针对海洋硅藻Chaetoceros tenuissimus及其共生微生物组在长期升温适应中的互作关系展开。通过2年温度选择实验（26°C vs 30°C），结合NMR/GC-MS代谢组学和16S rRNA测序技术，发现升温适应导致宿主氨基酸积累增加53%、糖类减少66%，微生物组最大生长速率(μmax)提升15%而最适温度(Topt)不变。核心菌属Roseovarius保持优势（占比42.8-49.6%），但升温条件下新引入Thalassococcus等伴生菌，物种丰富度提升28%。该研究为海洋微生物共生系统对气候变暖的协同进化机制提供了实验证据。

　　

海洋硅藻作为贡献全球25%初级生产力的关键生物，正面临气候变暖的严峻挑战。虽然已有研究表明热带硅藻能通过快速进化适应升温，但宿主与微生物组的协同进化机制仍是未知领域。这项由阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）领衔的研究，首次揭示了长期温度选择压力下硅藻-微生物组互作关系的动态重塑过程。

研究团队采用核磁共振（NMR）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术分析代谢物，通过流式细胞术监测生长动态，结合Illumina MiSeq平台16S rRNA基因测序解析微生物组结构。实验样本来自红海分离的C. tenuissimus及其自然共生菌群，经过2年（约2200代）的恒温培养。

生长响应
微生物组在长期升温（LW）后最大生长速率(μ_max)显著提升至2.41±0.11 d^-1（p=0.042），但最适温度维持在28.7-29.0°C。流式细胞数据显示微生物生长滞后宿主3-4天，进入平台期后LW组细菌丰度降低21%。

代谢重编程
NMR检测到LW组氨基酸占比提升至46.53%（LA组39.46%），其中谷氨酸增加5.2倍。GC-MS显示LA组糖类（葡萄糖、麦芽糖异构体）浓度显著更高，而LW组检测到特有胆碱积累。非极性脂质组分虽出现甘油三酯和胆固醇甲基基团积累趋势，但组间差异未达显著水平。

微生物组重构
Proteobacteria始终占据95%以上相对丰度，LW组Rhodobacterales占比提升至87.6%（LA组60.2%）。核心菌属Roseovarius保持稳定优势，但LW组出现Thalassococcus sp.（25.7%）和Cognatishimia-a sp.（11.5%）等新伴生菌。短期温度胁迫导致α多样性降低，而长期适应使ASVs数量增加28%。

该研究揭示了海洋硅藻-微生物组互作网络的温度适应范式：宿主通过氨基酸代谢重构适应升温，微生物组则通过功能冗余菌株更替维持系统稳定性。特别值得注意的是，优势共生菌Roseovarius的持续主导与新菌株引入的平衡策略，可能为预测海洋微生物群落对气候变化的响应提供了新模式。研究结果发表于《ISME Communications》，为理解海洋生态系统的气候适应性进化提供了分子层面的实证依据。