转自：中国科学报

在距离海平面千米以下的深海，阳光无法抵达，海水冰冷，压力极大。作为“海底沙漠”，这里环境极端，但却生长着形态各异、结构复杂的深海珊瑚，构建起一片生机勃勃的海底“秘密花园”。

没有阳光，食物稀少，它们的能量从何而来？

11月20日，中国水产科学研究院黄海水产研究所、香港科技大学、华大生命科学研究院联合在《细胞—宿主与微生物》上发表最新研究。合作团队发现生存在深海的伪交替深海黑珊瑚，其体内有一套高效、稳定、功能互补的“共生系统”，可以适应深海寡营养、低温、高压的环境。

他们从宿主与共生菌两个层面系统揭示了其营养互补和免疫稳态协同维持机制，为解析极端环境下伪交替深海黑珊瑚的适应性策略与生态系统维持机制提供了关键科学依据。

得以生存的能量从何而来？

生活在浅海的珊瑚色彩斑斓、生机勃勃，离不开其体内共生的虫黄藻。虫黄藻通过光合作用，将太阳能转化为化学能，为珊瑚提供高达90%的能量。然而，在没有阳光、食物贫瘠的深海之中，深海珊瑚得以生存的能量从何而来？

过去，科学家们认为，深海珊瑚可能是靠上层海水飘下来的海洋生物碎屑为生，但在食物极其稀少的深海，光靠这点“残羹剩饭”真的够吗？于是，科学家们把目光转向了深海珊瑚的体内，怀疑真正的秘密武器可能藏在那些看不见的微生物里。

“此前的研究中，我们大概知道了有些细菌和古菌以共生的形式住在珊瑚里面，却不知道它们和深海珊瑚之间到底是如何分工的。”论文共同通讯作者、华大生命科学研究院研究员孟亮表示。为此，研究团队以伪交替深海黑珊瑚为模型，对深海珊瑚进行了“地毯式”的基因解码，构建了宿主基因组、共生菌组成与多样性、优势共生菌基因组、空间定位、转录活性的全链条分析体系，揭示了深海珊瑚共生体系的运作模式。

在获得了高质量伪交替深海黑珊瑚基因组后，研究人员发现，其与物质转运、免疫与炎症反应、溶酶体功能等相关的基因家族发生了显著“扩张”。“这说明，为了适应深海的极端环境，深海珊瑚强化了从运输营养物质的能力，同时强化了自身的抵抗能力和代谢能力，为高效利用内部资源做好了准备。”孟亮表示。

研究人员还发现，伪交替深海黑珊瑚自身缺乏多种氨基酸与部分维生素的完整合成途径，“既然自己不能转换营养物质，那它必然要依靠外部供应才能得以生存。这一发现从遗传学上暗示，伪交替深海黑珊瑚的生存，或许依赖共生菌实现营养互补。”孟亮表示。

通过对南海与西太平洋跨不同水深与地理区域的14个样本进行共生菌组成与多样性分析，研究团队证实，伪交替深海黑珊瑚维系着一个独立于周边海水环境、且组成简单且稳定的共生菌群。

深海珊瑚的“神仙队友”

既然伪交替深海黑珊瑚依赖共生菌群得以生存，那么这些“神仙队友”是如何与宿主分工合作的？

通过原位杂交链式反应，研究团队发先，共生菌在伪交替深海黑珊瑚的水螅体中广泛分布，显著富集于中胶层。中胶层具有良好的通透性，且富含类吞噬的变形细胞，不仅有利于小分子物质的双向扩散与循环，也为共生菌提供了相对安全的微环境，使得物质循环、免疫规避、稳态维持能够在同一组织空间中协同实现。

研究人员还对伪交替深海黑珊瑚体内4种核心的共生菌进行了测序分析。他们发现珊瑚体内这群“神仙队友”虽然成员不多，但个个是精英，且分工明确。

首先是“首席营养师”——氨氧化古菌。这种菌类能够氧化宿主代谢产生的氨，驱动有机碳与多种氨基酸、维生素的合成，最终将它们供给宿主，从而实现解毒与营养供给的双重功能。其次是“金牌保健师”——研究团队发现的一种从未被报道过的共生菌群（Ca.Bathybacter bathypathes），这种菌类具有合成血红素、硫辛酸、谷胱甘肽及脂肪酸的潜力，兼具抗氧化应激与营养补给作用。

此外，还有两位“保镖”——两种柔膜菌（Ca.Bathyplasma bathypathes和Ca.Thalassoplasma bathypathes）。这两种柔膜菌的基因组高度简化，分别携带II型CRISPR/Cas和3种限制-修饰（R-M）系统，就像“保镖”，为宿主构筑了抵御病毒入侵的防御屏障。

一种奇特的共存机制

拥有如此多功能的细菌住在体内，一个新的问题随之产生：珊瑚的免疫系统为何不将这些细菌视为“入侵者”而加以清除？它们是如何实现长期稳定、和平共处的？

研究人员揭示了一种伪交替深海黑珊瑚与共生菌群长期稳定共存的机制。通过构建宿主调控共生菌的分子模型，他们发现，珊瑚的内外胚层细胞会通过TLR13等“模式识别受体”，像哨兵一样时刻监控着共生菌的状态。当接收到共生菌释放的特定分子信号后，会通过一个名为MyD88蛋白的“信号兵”启动免疫信号通路，诱导TNF-α等免疫因子的表达，从而实现适度清除、资源回收、数量调控的免疫稳态平衡。此外，C型凝集素、清道夫受体等其他模式识别受体也参与该过程的精细调控。

“简单来说，就是伪交替深海黑珊瑚通过模式识别受体，时刻监控这群细菌的数量和状态。当细菌数量过多时，免疫系统会派出变形细胞进行适度的清理，把多余的细菌吞噬掉，甚至将其回收利用作为营养。”孟亮解释道，这个模型系统阐释了为何简化且稳定的共生菌群能够在宿主体内实现长期稳定共存。

该研究系统揭示了伪交替深海黑珊瑚简化稳定、高效率、功能互补的共生新策略，阐明了深海珊瑚在营养供给、氨解毒、抗氧化、病毒防御、免疫稳态多重功能耦合的分子逻辑，为理解深海生态系统的物质循环、评估生物对极端环境的适应潜力及生态系统韧性提供了理论框架，将助力深海生物多样性评估和深海生物功能基因资源的挖掘。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.10.020