近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室（LMB）海參研究團隊在海參的沉積物攝食與營養獲取機制方面取得突破性進展。該研究揭示了海參通過基因組、基因表達和共生微生物群的進化適應，使其可以大量攝食海底沉積物并從中獲取營養，相關研究成果以“Sea cucumbers and their symbiotic microbiome have evolved to feed on seabed sediments”為題發表于《自然-通訊》（Nature Communications）。南海海洋所副研究員陳廷為該論文的通訊作者，博士研究生潘文杰、碩士研究生王軒和研究員任春華為該論文的共同第一作者，研究員胡超群主導項目開展并提供指導意見。
海參是海洋底棲生態系統中最主要的沉積物攝食動物，通過大量攝入和排泄海底沉積物，吸收其中的有機物并凈化海底基質，維持海底生態系統平衡并減少珊瑚病害的發生，是海底的“清道夫”。但是，海參如何從營養匱乏的海底沉積中獲得足夠營養的機制，目前仍不清楚。
以南海廣泛分布的玉足海參（Holothuria leucospilota）為研究對象，胡超群研究團隊發現海參從海底沉積物中獲得的主要食物是微藻和細菌。通過比較基因組學分析，發現海參基因組中碳水酶擴張、蛋白酶消化收縮，適應于對微藻的消化（圖1）。海參在胚胎和幼體發育過程先后經歷了內源性營養、浮游攝食和沉積物攝食三種食性轉化，與之對應消化酶也呈現出三組不同的表達模式。前腸是海參消化道主要的消化區域，該區域內糖類碳水酶、蛋白酶、脂肪酶和纖維素酶的活性均最高，但僅有糖類碳水酶和脂肪酶是內源性表達。
圖1 海參的攝食特點和基因組消化酶擴張/收縮概況
在海參從海底沉積物攝食的細菌中，一部分作為食物被海參消化掉，而另一部分則作為共生細菌在海參腸道內定植，提供蛋白酶、脂肪酶等活性協助海參消化食物。與其他棘皮動物相比，海參基因組中出現了一類特有的i型溶菌酶，特異表達于腸道中，對所攝食沉積物中的細菌起到控制和消化作用（圖2）。
圖2 海參特有腸道型溶菌酶在細菌消化中的作用
該科學發現闡釋了海參的沉積物攝食與營養獲取機制，在研發海參養殖不同階段人工飼料方面具有重大潛在應用價值，也為通過增殖放流海參凈化海底環境、防止細菌性珊瑚病害暴發和珊瑚島礁生態修復提供理論依據。
該研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金、國家重點研發計劃等項目的資助。
相關論文信息：Pan WJ#,Wang X#,Ren CH#,Jiang X,Gong SQ,Xie ZY,Wong NK,Li XM,Huang JS,Fan DD,Luo P,Yang Y,Ren XY,Yu SZ,Qin Z,Wu XF,Huo D,Ma B,Liu Y,Zhang X,E ZX,Liang JX,Sun HY,Yuan LH,Liu XJ,Cheng CH,Long H,Li JL,Wang YH,Hu CQ,Chen T*. Sea Cucumbers and Their Symbiotic Microbiome Have Evolved to Feed on Seabed Sediments. Nature Communications. Nat Commun. 2024 15: 8825. doi: 10.1038/s41467-024-53205-5
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