全球變暖導(dǎo)致海水溫度的升高對(duì)全世界的珊瑚礁構(gòu)成重大威脅。海水升溫致使珊瑚共生微生物群落結(jié)構(gòu)和功能改變，珊瑚條件致病菌趁機(jī)爆發(fā)，引發(fā)珊瑚疾病。珊瑚益生菌可以有效增強(qiáng)珊瑚對(duì)熱脅迫的耐受性，從而延緩珊瑚熱白化進(jìn)程。中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所王曉雪團(tuán)隊(duì)圍繞造礁珊瑚叢生盔形珊瑚的益生菌和條件致病菌深入研究，取得了一系列新的研究進(jìn)展：
1. 在珊瑚益生菌鹽單胞菌（Hm43005）中鑒定到一種新型溫和噬菌體Phm3，并詳細(xì)解析了溫和噬菌體Phm3復(fù)制、裂解和釋放過(guò)程的新機(jī)制。這一類噬菌體的誘導(dǎo)激活遵循“復(fù)制-包裝-切離”（Replication-package-excision,RPE）的途徑，這種切離前的復(fù)制途徑賦予了噬菌體擴(kuò)增并包裝宿主側(cè)翼基因進(jìn)行側(cè)向轉(zhuǎn)導(dǎo)的能力，并且這種側(cè)向轉(zhuǎn)導(dǎo)的效率顯著高于普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。此外，四個(gè)裂解基因組成的裂解模塊調(diào)控該類噬菌體的裂解，Phm3噬菌體裂解宿主的同時(shí)會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生外膜囊泡OMV，形成獨(dú)特的具有側(cè)向轉(zhuǎn)導(dǎo)能力的噬菌體“搭載”O(jiān)MV的復(fù)合形式（圖1）。這類溫和噬菌體在海洋生態(tài)系統(tǒng)中分布非常廣泛，其介導(dǎo)的側(cè)向轉(zhuǎn)導(dǎo)可以在珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮重要的生態(tài)作用（圖1）。相關(guān)研究成果以“Active prophages in coral-associated Halomonas capable of lateral transduction”為題，于2024年5月13日在線發(fā)表于《The ISME Journal》。中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所博士劉自堯?yàn)檎撐牡谝蛔髡?，研究員王曉雪和副研究員湯開(kāi)浩為論文的共同通訊作者。
圖1.? 嗜鹽單胞菌噬菌體的側(cè)向轉(zhuǎn)導(dǎo)功能及其搭載OMV影響珊瑚共生菌群的組成
2. 在珊瑚益生菌鹽單胞菌（Hm43005）中發(fā)現(xiàn)新型噬菌體防御系統(tǒng)。在噬菌體與珊瑚共生細(xì)菌的軍備競(jìng)賽過(guò)程中，細(xì)菌演化出高度多樣的噬菌體防御系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)噬菌體侵染壓力。Hm43005具有廣譜的抗噬菌體能力，本研究從Hm43005中鑒定到一種新型噬菌體防御系統(tǒng)-Hma。該系統(tǒng)由單基因hma構(gòu)成，hma編碼融合Swi2/Snf2解旋酶的核酸酶HmaA，該核酸酶可以通過(guò)流產(chǎn)感染的方式發(fā)揮抗噬菌體的能力。突變分析顯示HmaA核酸酶結(jié)構(gòu)域（屬于PDD/EXK超家族）的缺刻酶活性在噬菌體防御中至關(guān)重要。此外，HmaA同源物廣泛分布于珊瑚共生細(xì)菌的基因組上，表明這種防御系統(tǒng)可被應(yīng)用于設(shè)計(jì)具有高噬菌體抗性的珊瑚益生菌制劑（圖2）。相關(guān)研究成果以“A nuclease domain fused to the Snf2 helicase confers antiphage defence in coral-associated Halomonas meridiana”為題，2024年7月9日在線發(fā)表在生物學(xué)期刊《Microbial Biotechnology》。中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所博士劉天朗為論文的第一作者，研究員王曉雪為論文通訊作者。
圖2. ?嗜鹽單胞菌（Hm43005）中新型抗噬菌體基因Hma
3. 受國(guó)際知名生物領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《PLoS Biology》邀請(qǐng)，結(jié)合近年來(lái)課題組對(duì)珊瑚條件病原菌的研究進(jìn)展和同期發(fā)表的Mass等對(duì)珊瑚病原菌T6SS系統(tǒng)的工作，發(fā)表了評(píng)述文章。文章對(duì)溫度依賴的珊瑚條件病原菌在溫度升高的條件下，突破珊瑚宿主和共生細(xì)菌的免疫屏障的機(jī)制進(jìn)行了總結(jié)和展望。Mass等人發(fā)現(xiàn)當(dāng)海水溫度升高時(shí)，溶珊瑚弧菌可激活兩套自身編碼的六型分泌系統(tǒng)，其中T6SS1攜帶靶向原核生物的效應(yīng)蛋白，可用于殺死棲息在同一生態(tài)位的其他共生菌；而另外一套則攜帶靶向真核生物的效應(yīng)蛋白，可用于抵抗珊瑚宿主的免疫系統(tǒng)（圖3）。該評(píng)論文章題為“High temperatures increase the virulence of Vibrio bacteria towards their coral host and competing bacteria via type VI secretion systems”，9月5日在《PLoS Biology》期刊正式發(fā)表。中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所博士后王偉權(quán)為論文的第一作者，研究員王曉雪為論文通訊作者。
圖3.? 海水溫度升高激活溶珊瑚弧菌編碼的兩套T6SS系統(tǒng)
以上研究對(duì)珊瑚致病菌的致病機(jī)理，以及開(kāi)發(fā)珊瑚益生菌制劑提供了科學(xué)依據(jù)。研究同時(shí)也為維護(hù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康提供了新的科學(xué)視角，具有重要的科學(xué)價(jià)值和生態(tài)意義。工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技部科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)、博新計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
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