珊瑚菌物组的超高多样性与功能潜力：利用长读长28S rRNA宏条形码测序技术表征南海珊瑚礁中宿主特异性与环境驱动的生态位

《Marine Environmental Research》：Hyperdiversity and functional potential of the coral mycobiome: characterising host-specific and environmentally driven niches across the South China Sea reefs using long-read 28S rRNA metabarcoding

　　

摘要

珊瑚相关真菌是珊瑚全生物体中重要但研究不足的一部分。为了阐明其多样性、驱动因素和潜在功能，我们对南中国海三个环境各异的珊瑚礁区域中代表八个属的 104 个珊瑚样本进行了全面调查。利用长读长 28S rRNA 基因测序和经过精心整理的多源参考数据库，我们显著提高了珊瑚相关真菌的分类学分辨率。总共聚类的 15,244 个真菌 OTUs 代表了 16 门、61 纲、84 目、117 科、156 属和 187 种。子囊菌门在真菌群落中占主导地位，其次是担子菌门和壶菌门。系统发育分析揭示了一条与已知门类深深分歧的真菌谱系。在有待进一步的分子和形态学验证之后，该谱系被临时指定为候选珊瑚共生体 (Candidate.Coralgong)。对于群落组装，宿主身份解释了真菌群落组成的 11.7% 变化（R² = 0.117，p = 0.001），而地理位置显著影响了观察到的 OTU 丰富度和 Pielou 均匀度（p < 0.001），但未影响整体群落组成。曼特尔检验同样显示真菌群落结构与所测量的环境变量之间无显著关联。功能预测表明，真菌群落由主要公会组成，包括动物寄生虫、真菌寄生虫、植物病原体、内生菌和腐生生物。功能群落组成主要受宿主身份塑造（R² = 0.183，p = 0.001），而地理效应相对较弱。总体而言，我们的结果表明珊瑚真菌群落存在强烈的宿主相关结构化、大量未探索的多样性以及保守的功能组织，为未来的多组学和系统发育基因组学研究提供了基线珊瑚真菌组。

引言

珊瑚礁生态系统代表海洋环境中生物多样性最高且生态生产力最高的栖息地，提供海岸保护、渔业支持和全球生物地球化学循环等必要的生态功能 (Harrison and Booth, 2007; Graham et al., 2014)。然而，这些重要的生态系统正面临由于气候相关和人为胁迫导致的严重退化 (Bruno and Selig, 2007)。海洋变暖，加上富营养化等局部压力，已导致珊瑚礁结构和功能的广泛衰退 (Zaneveld et al., 2016; Hughes et al., 2017)。这一点由大规模珊瑚白化事件频率和严重性的增加以及区域尺度上珊瑚覆盖率的丧失所证明 (Liu et al., 2025)。因此，珊瑚礁健康和韧性的保护与增强已成为一个紧急的全球优先事项 (Sala et al., 2021)。

珊瑚健康和胁迫耐受性与其与一系列微生物共生体的动态共生关联紧密相关，统称为珊瑚全生物体 (Reshef et al., 2006; Tang et al., 2026)。该超有机体包括虫黄藻科 (Symbiodiniaceae) 的甲藻，以及细菌、真菌和病毒，它们都与珊瑚宿主密切相互作用 (Peixoto et al., 2017; Dong et al., 2024)。相关的微生物群落对环境波动高度敏感，对于调节珊瑚生理学、免疫力和整体适合度至关重要 (Sun et al., 2022; Zhu et al., 2022; Gong et al., 2023)。在珊瑚共生体中，虫黄藻科和细菌是特征最为明确的功能伙伴 (Pootakham et al., 2018)。虫黄藻科成员——目前分为多个属，如 Symbiodinium、Breviolum、Cladocopium 和 Durusdinium——为珊瑚宿主提供大量的光合固定碳，从而为生长和钙化提供能量和必需营养 (LaJeunesse et al., 2018; Goulet et al., 2019)。最近的高分辨率系统发育基因组学和群体遗传学研究进一步界定了这些属在物种和类型水平上的大量多样性，具有不同的功能特征影响宿主热耐受性和营养交换 (Goulet et al., 2019; Manzello et al., 2019; Marhoefer et al., 2021)。单个珊瑚群落通常同时容纳多个虫黄藻科属和基因型，这种情况称为共生体多重性，这可能增强多变环境中的生理可塑性 (Bayliss et al., 2019; Jain et al., 2020)。珊瑚相关细菌群落表现出显著的分类和功能多样性，在氮和硫循环、维生素合成和宿主免疫反应调节中发挥关键作用 (R?decker et al., 2015; Ainsworth et al., 2017)。某些细菌类群还通过产生抗菌化合物或竞争性排除潜在病原体来有助于宿主防御 (Gilbert et al., 2012; Pootakham et al., 2018)。这些细菌集合体通常是宿主物种特异性的，并表现出明显的时空动态响应温度、盐度、溶解有机物和营养可获得性等环境变量的影响 (Ziegler et al., 2019)。

真菌代表了一个功能重要但历史上研究不足的珊瑚共生体组成部分 (Grossart et al., 2019; Góes-Neto et al., 2020)。它们既以表皮共生方式存在于珊瑚表面，也以内生方式存在于组织和骨骼中 (Góes-Neto et al., 2020; Roik et al., 2022)。早期研究通常强调其致病作用 (Bentis et al., 2000; Golubic et al., 2005; Maire et al., 2022)，然而许多真菌——包括一些在患病珊瑚中检测到的真菌——也存在于健康的珊瑚群落中，这表明其具有情境依赖的生态功能 (Soler-Hurtado et al., 2016)。高通量测序技术的进步揭示了多样化的珊瑚相关真菌，主要包括子囊菌门、担子菌门和壶菌门 (Roik et al., 2022; Dong et al., 2024)。宿主身份和温度被认为是珊瑚真菌群落结构的关键驱动因素 (Cheng et al., 2023a; Qin et al., 2025)。例如，Acropora muricata、Goniastrea fascicularis、Platygyra daedalea 和 Porites explanulata 等珊瑚物种显示出真菌的强烈宿主特异性，耐热珊瑚通常容纳更多样的微生物群落 (Cheng et al., 2023a)。Acropora hyacinthus 相关真菌群落从较温暖的礁池采集的群落显示出比自然较冷的相邻礁池中的同物群落更高的系统发育多样性 (Amend et al., 2012)。热胁迫可进一步改变真菌组成，通常增加腐生和机会性类群，同时减少内生真菌并富集潜在病原体 (Vega Thurber et al., 2009; Chen et al., 2024a)。此外，越来越多的证据表明，珊瑚相关真菌是珊瑚全生物体营养动态和宿主防御的积极参与者。例如，它们能够将从珊瑚骨骼转移到宿主组织的氮并促进磷的获取 (Wegley et al., 2007)。内生真菌通过珊瑚骨骼的生物侵蚀对全球碳酸钙循环做出重大贡献——通过物理机制和由有机酸和铁载体排泄驱动的生化溶解主动穿透碳酸盐基质 (Gleason et al., 2017; Maire et al., 2022)。真菌可以合成紫外线吸收化合物，这是光保护的一种重要机制 (Ainsworth et al., 2017)。真菌胞外多糖，例如从珊瑚相关真菌 Aspergillus pseudoglaucus 中分离的 ASP-1，通过调节巨噬细胞增殖、一氧化氮产生和细胞因子分泌表现出显著的免疫调节活性 (Peng et al., 2023)。尽管有了这些见解，但现有研究的狭窄分类学和地理范围限制了当前知识。需要更广泛的多宿主调查跨越大地理区域，以阐明珊瑚真菌组的组装。

南海 (SCS) 拥有广泛的珊瑚礁生态系统，具有显著的环境梯度和 exceptionally 高的珊瑚物种多样性 (Gong et al., 2018; Huang et al., 2024)，使其成为研究珊瑚相关真菌群落的理想天然实验室。为了弥补这一空白，我们使用长读长 28S rRNA 基因测序，对南中国海八个宿主属和三个珊瑚礁区域的 104 个珊瑚样本进行了系统调查。我们的研究旨在表征多个宿主和环境背景下真菌多样性、群落组装模式和潜在生态功能，从而阐明宿主介导的选择和区域环境因素在塑造珊瑚相关真菌群落中的相对作用。

章节摘要

采样区域与样本采集

八种石珊瑚物种的珊瑚样本，包括 Acropora formosa、Pocillopora damicornis、Porites lutea、Galaxea fascicularis、Goniastrea fascicularis、Platygyra lamellina、Pavona decussata 和 Montipora peltiformis，于 2018 年 8 月从南中国海的三个珊瑚礁区域采集：广东 (GD)、海南三亚 (SY) 和西沙群岛 (XS) (表 1，图 1)。

位于中国广东沿海的广东珊瑚礁区域，其特征是亚热带海洋

南中国海珊瑚相关真菌的多样性

对从 GD、SY 和 XS 区域采集的 104 个珊瑚样本进行了 28S rRNA 基因的扩增子测序。总共获得了 1,184,611 个高质量序列，并在 97% 相似度阈值下聚类为 15,244 个真菌 OTUs。这些真菌 OTUs 属于 16 门、61 纲、84 目、117 科、156 属和 187 种 (图 2a；附加文件 S4-6)。

在门水平上，南中国海珊瑚相关真菌群落由子囊菌门占主导

讨论

我们的研究提供了对南中国海珊瑚相关真菌群落的全面评估。从 15,244 个真菌 OTUs 中，我们确定了 16 门、61 纲、84 目、117 科、156 属和 187 种，凸显了一个丰富得惊人的真菌组。在门水平上，子囊菌门是我们数据集中占压倒性优势的类群，占总真菌 OTUs 的 89.75%，其次是担子菌门 (6.48%) 和壶菌门 (3.02%)。子囊菌门的主导地位

结论

本研究提供了对南中国海多个珊瑚宿主珊瑚相关真菌群落的全面调查，揭示异常高的分类学和系统发育多样性，包括一条深深分歧的谱系 (Candidate.Coralgong)，这可能代表一个未描述的真菌类群。在空间尺度上，真菌群落组成主要受珊瑚宿主身份的结构化，其一致性地解释了分类学和预测功能的变化

CRediT 作者贡献声明

Honglei Jiang: 写作 – 审阅与编辑，数据整理。Guangjun Chai: 写作 – 审阅与编辑。Leilei Huang: 写作 – 原稿，正式分析。Lijia Xu: 写作 – 审阅与编辑，资源。Kefu Yu: 写作 – 审阅与编辑，资源，资金获取。Yuxiao Li: 写作 – 审阅与编辑。Sanqiang Gong: 可视化，验证，监督，项目管理，方法学，调查，概念化

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的相互冲突的经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到 国家自然科学基金 (42030502) 和中央公益科研机构基本研究基金 (PM-zx703-202506-180, PM-zx703-202506-206, PM-zx703-202408-288) 的支持。作者声明研究是在没有任何可能被理解为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。原始测序数据已存入 NCBI 序列读档案 (SRA)，BioProject 下

Leilei Huang|Lijia Xu|Honglei Jiang|Guangjun Chai|Yuxiao Li|Sanqiang Gong|Kefu Yu