海洋生物膜诱导与抑制珊瑚幼虫附着机制的宏基因组学洞察

《Environmental Microbiome》：Metagenomic insights into mechanisms of coral larval settlement induction and inhibition by marine biofilms

　　

摘要

背景

生物膜对于许多海洋无脊椎动物的幼虫附着至关重要，然而驱动珊瑚附着诱导或抑制的机制仍未得到充分阐明。这一挑战在于海洋生物膜巨大的分类学和功能多样性，使得难以识别与附着相关的信号。为了解决这一问题，我们分析了用于诱导四种 broadcast-spawning 非鹿角珊瑚科珊瑚物种： Dipsastrea favus、 Platygyra sinensis、 Echinophyllia aspera 和 Porites lobata 附着（附着和变态）的生物膜的宏基因组。生物膜在光照或黑暗处理下培养一个月或两个月，其中光照生物膜诱导的附着率显著高于黑暗生物膜。

结果

不同处理间的基因组成差异显著，光照生物膜富集编码类胡萝卜素生物合成和硝酸盐还原的基因，而黑暗生物膜编码更多用于反硝化和一氧化氮产生的基因。建模显示，编码 GABA（γ-氨基丁酸）生物合成和 III 型分泌系统（SS）的基因丰度与附着呈正相关，而编码 II 型分泌系统、鞭毛和脂多糖的基因与附着呈负相关。预测为促进附着的基因集中在被归类为黄杆菌科（Flavobacteriaceae）、红杆菌科（Rhodobacteraceae）和皮雷菌科（Pirellulaceae）的宏基因组组装基因组（MAGs）中，这与之前将这些谱系识别为潜在诱导剂的研究一致。虽然我们在 MAGs 中检测到了一些诱导附着化合物环式副产红素和四溴吡咯的生物合成基因的同源物，但通路不完整，表明其他化合物促进了这些生物膜上的附着。

结论

这些发现首次将生物膜宏基因组学与珊瑚幼虫附着联系起来，表明类胡萝卜素可能吸引幼虫至生物膜表面，而 GABA 可能促进搜索和附着。其他化合物，例如环式副产红素、四溴吡咯或效应蛋白，可能是完成变态所必需的，然而负责的具体化合物可能因生物膜群落而异，这表明多种机制可导致附着。同时，一氧化氮水平升高、II 型 SS 分泌物或鞭毛的大量存在可能抑制附着过程。这项研究推进了我们对支撑珊瑚幼虫附着的复杂微生物过程的理解。