全球變暖導致海水溫度的升高對全世界的珊瑚礁構成重大威脅。海水升溫致使珊瑚共生微生物群落結構和功能改變，珊瑚條件致病菌趁機爆發，引發珊瑚疾病。珊瑚益生菌可以有效增強珊瑚對熱脅迫的耐受性，從而延緩珊瑚熱白化進程。中國科學院南海海洋研究所王曉雪團隊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，并詳細解析了溫和噬菌體Phm3復制、裂解和釋放過程的新機制。這一類噬菌體的誘導激活遵循“復制-包裝-切離”（Replication-package-excision,RPE）的途徑，這種切離前的復制途徑賦予了噬菌體擴增并包裝宿主側翼基因進行側向轉導的能力，并且這種側向轉導的效率顯著高于普遍性轉導。此外，四個裂解基因組成的裂解模塊調控該類噬菌體的裂解，Phm3噬菌體裂解宿主的同時會誘導細胞產生外膜囊泡OMV，形成獨特的具有側向轉導能力的噬菌體“搭載”OMV的復合形式（圖1）。這類溫和噬菌體在海洋生態系統中分布非常廣泛，其介導的側向轉導可以在珊瑚礁生態系統和海洋生態系統中發揮重要的生態作用（圖1）。相關研究成果以“Active prophages in coral-associated Halomonas capable of lateral transduction”為題，于2024年5月13日在線發表于《The ISME Journal》。中國科學院南海海洋研究所博士劉自堯為論文第一作者，研究員王曉雪和副研究員湯開浩為論文的共同通訊作者。
圖1.? 嗜鹽單胞菌噬菌體的側向轉導功能及其搭載OMV影響珊瑚共生菌群的組成
2. 在珊瑚益生菌鹽單胞菌（Hm43005）中發現新型噬菌體防御系統。在噬菌體與珊瑚共生細菌的軍備競賽過程中，細菌演化出高度多樣的噬菌體防御系統以應對噬菌體侵染壓力。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-Hma。該系統由單基因hma構成，hma編碼融合Swi2/Snf2解旋酶的核酸酶HmaA，該核酸酶可以通過流產感染的方式發揮抗噬菌體的能力。突變分析顯示HmaA核酸酶結構域（屬于PDD/EXK超家族）的缺刻酶活性在噬菌體防御中至關重要。此外，HmaA同源物廣泛分布于珊瑚共生細菌的基因組上，表明這種防御系統可被應用于設計具有高噬菌體抗性的珊瑚益生菌制劑（圖2）。相關研究成果以“A nuclease domain fused to the Snf2 helicase confers antiphage defence in coral-associated Halomonas meridiana”為題，2024年7月9日在線發表在生物學期刊《Microbial Biotechnology》。中國科學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. 受國際知名生物領域學術期刊《PLoS Biology》邀請，結合近年來課題組對珊瑚條件病原菌的研究進展和同期發表的Mass等對珊瑚病原菌T6SS系統的工作，發表了評述文章。文章對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菌的免疫屏障的機制進行了總結和展望。Mass等人發現當海水溫度升高時，溶珊瑚弧菌可激活兩套自身編碼的六型分泌系統，其中T6SS1攜帶靶向原核生物的效應蛋白，可用于殺死棲息在同一生態位的其他共生菌；而另外一套則攜帶靶向真核生物的效應蛋白，可用于抵抗珊瑚宿主的免疫系統（圖3）。該評論文章題為“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》期刊正式發表。中國科學院南海海洋研究所博士后王偉權為論文的第一作者，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
以上研究對珊瑚致病菌的致病機理，以及開發珊瑚益生菌制劑提供了科學依據。研究同時也為維護珊瑚礁生態系統的健康提供了新的科學視角，具有重要的科學價值和生態意義。工作得到國家自然科學基金委基礎科學中心項目、國家自然科學基金、國家科技部科技基礎資源調查專項、博新計劃等項目的資助。
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