温带珊瑚Astrangia poculata产卵、受精、幼虫培育与附着定居方法的建立

《Frontiers in Marine Science》：Development of methods for spawning, fertilization, larval husbandry, and settlement in the temperate coral Astrangia poculata

　　

温带珊瑚Astrangia poculata近年来已成为研究共生关系、生物-环境互作及胚胎发育的有用实验生物。建立任一物种为实验动物模型的关键在于可靠的养殖规程及在人工条件下完成全生活史培养的能力。研究人员详述了2016至2025年间多机构合作建立的A. poculata实验室产卵、受精、幼虫培育与附着定居（attachment and metamorphosis）的标准化可重复方法。通过热处理可在实验室可靠诱导A. poculata产卵，所呈方法获最高93%的实验室受精率。未投喂幼虫发育速率与既往报道相当，而补充商品化有机质源（包括Reef Roids与Reef Snow）的幼虫显现发育加速迹象。A. poculata幼虫附着定居（附着与变态）利用四溴吡咯（tetrabromopyrrole, TBP）实现，该小分子此前已被证实可诱导多种热带珊瑚物种附着和/或变态。所述方法——包括以饲料补充A. poculata幼虫培养及TBP触发附着——代表了在人工条件下培养A. poculata个体通过全生活史的必要第一步，可扩展并调整以支持依赖特定遗传宿主谱系和/或早期生活史阶段实验操作的新研究方向。

研究背景与立项依据

全球气候变化导致海表升温事件在频率、强度与持续时间上不断增加，引发大规模珊瑚疾病暴发与白化，威胁珊瑚礁生态系统及其生物多样性。热带造礁石珊瑚（scleractinian corals）多为光合甲藻（Symbiodiniaceae）专性共生，难以在不受光温等混杂应激干扰下研究共生动态。现有非钙化刺胞动物模型（如Exaiptasia diaphana、Nematostella vectensis、Cassiopeia xamachana）及少数热带钙化珊瑚（如Galaxea fascicularis、Acropora millepora、A. digitifera）虽推进了机制研究，但仍缺乏一种兼具体内钙化、可全流程室内培养、且能在共生与无共生（aposymbiotic）状态下分别操纵发育阶段的易处理模型。温带珊瑚Astrangia poculata为兼性共生（facultatively symbiotic）石珊瑚，自然状态下光合甲藻密度波动大，个体小、耐搬运、可长期实验室饲养，分布于美国大西洋岸至墨西哥湾及加勒比，被IUCN评为无危（Least Concern），因而具备成为棘刺动物多伙伴共生生理与遗传研究的理想实验系统潜力。本文发表于《Frontiers in Marine Science》，旨在报告其有性繁殖全链条（产卵—受精—幼虫培育—附着定居）标准化实验室方法。

主要关键技术方法

研究人员于2016至2025年每年7月末至8月初，在美国罗得岛州Jamestown的Fort Wetherill州立公园（41°28′40″N, 71°21′34″W）由SCUBA采集有共生、无共生及混合态A. poculata群落，经1μm过滤原位海水低温转运。产卵诱导采用19℃暂养后转移至室温（25℃）或加热至27–28℃小容器（<4 L）的热休克方案；受精采用单对或混池配子体外受精（in vitro fertilization）；幼虫培育在53 μm Nitex网底容器与台式封闭容器中进行，72小时受精后（hpf）起每日投喂Reef Snow或Reef Roids；胚胎发育借助Ciliobrevin A制动纤毛后4%多聚甲醛固定、抗乙酰化微管蛋白免疫荧光与共聚焦显微观察；附着实验将72 hpf幼虫暴露于二甲基亚砜（DMSO）溶解的四溴吡咯（TBP）0.25 μM与0.5 μM及壳状珊瑚藻（crustose coralline algae, CCA）对照，24 h后镜检附着变态率并行Kruskal-Wallis检验与Dunn事后检验。

研究结果

实验室产卵：19℃暂养后升温至25℃或27–28℃可在采集后24–72 h内可靠诱导产卵，预产卵态表现为水螅体肿胀；精子常早于卵子5–30 min释放；2021年批次30–40个群落同步率80–100%；个别群落可连续4天产卵；产卵与月相无关。

成功受精与胚胎发育及幼虫培育：卵子直径约100–120 μm，无共生群落卵子（115±1.1 μm）显著大于共生群落（108±1.2 μm）；混合精子浓度平均9.8×10⁸ sperm/L，受精率70%–93%（高峰8月初达93%），未观测到多精受精。25℃下1 hpf起始分裂，8 hpf囊胚，15 hpf游动，24 hpf原肠作用，36 hpf咽形成，48 hpf顶端纤毛束出现；72 hpf起投喂Reef Snow/Reef Roids的幼虫96 hpf顶端纤毛束缩短，未投喂组存活≤12天，投喂组存活至40天；无化学诱导时多种硬质基底均不触发附着。

化学诱导附着：0.25 μM TBP处理72 hpf幼虫24 h后附着变态率52.5%±4.8%，显著高于CCA（2%）、FSW（0%）、DMSO（6%）；0.5 μM TBP附着率不优于对照且存活率（80%）显著低于FSW（100%）；证明TBP可替代天然基底 cue 诱导A. poculata幼虫附着变态。

讨论与结论翻译

新实验系统亟需支持对珊瑚全息生物（holobiont）的实验操纵。本文提供A. poculata实验室广播产卵、幼虫培育与附着所需工具与方法，确立不依赖群落间信号的热诱导产卵流程，证明个体可连续多日产卵，投喂令幼虫早期呈现附着胜任力形态变化，并描述TBP化学诱导附着方案。其共生藻Breviolum psygmophilum虽可纯培养，但幼虫期可控定殖方案仍未建立。A. poculata幼虫呈浮游营养（planktotrophic）特性，顶端纤毛束退化提示摄食推进胜任力。TBP在0.25 μM下约60%附着率，但最适诱导时机与附着后存活未明。结合Temperate Coral Research Group已发布的宿主基因组、Breviolum转录组与培养株系，本文方法使A. poculata成为可扩展的棘刺动物实验系统，提升石珊瑚生物学研究能力并为全球珊瑚危机提供机制研究平台。