珊瑚礁被誉为“海洋中的热带雨林”，虽仅占全球海洋面积不到1%，却支撑着约四分之一的海洋生物多样性，并为沿海地区提供重要的生态服务和经济价值。在全球气候变化背景下，珊瑚白化事件在世界各地频繁发生，严重威胁海洋珊瑚礁生态系统的稳定。因此，探索珊瑚如何抵御环境压力、恢复健康共生关系，成为当前海洋生态研究及生态修复的重要前沿问题。
近日，海南大学海洋科学学院傅鹏程研究团队在国际微生物学期刊 Microbiome （中科院一区Top）发表研究成果，系统解析了珊瑚、共生甲藻以及相关细菌之间的代谢互作机制，并成功重建了具有更强耐热能力的珊瑚“整体生物体”（holobiont）体系。为理解珊瑚对白化压力的适应机制以及未来珊瑚礁生态修复提供了重要理论基础和技术路径。（原文链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s40168-026-02338-4#:~:text=The%20global%20decline%20of%20coral,%2C%20Symbiodiniaceae%2C%20and%20associated%20bacteria. ）
珊瑚礁生态系统是地球上最重要、最复杂的海洋生态系统之一，在全球生物多样性维持、海岸保护及渔业资源供给等方面具有不可或缺的生态与经济价值。然而，全球气候变暖及人类活动加剧，海水酸化和海平面温度升高等环境胁迫，导致珊瑚白化事件频繁发生并呈全球扩散趋势。珊瑚白化的核心机制是珊瑚宿主与其共生甲藻（Symbiodiniaceae）之间的共生关系破裂，引起共生甲藻光合作用产物供应中断，从而造成珊瑚能量匮乏，渐趋死亡。近年研究表明，珊瑚并非单一生物体，是由珊瑚宿主、共生甲藻、细菌、真菌、病毒等多种微生物组成的“整体生物体（holobiont）”。它们通过复杂的代谢互作维持整个共生系统的稳定与韧性。目前对于珊瑚、共生甲藻和细菌之间的因果关系及代谢互作机制仍缺乏直接证据。尤其是在单细胞尺度上，不同共生伙伴之间碳、氮等关键营养物质如何传递、如何影响珊瑚对白化压力的恢复能力，仍然是珊瑚生物学中的重要科学问题。本研究以造礁珊瑚Acropora hyacinthus为研究对象，通过宏基因组学分析、微生物分离培养、实验驯化及单细胞拉曼光谱代谢组学等多种技术手段，系统重建白化受损的珊瑚共生体系，并解析珊瑚—共生甲藻—细菌之间的代谢互作机制。
主要研究内容与关键发现
首先，通过宏基因组测序分析健康珊瑚与热胁迫白化珊瑚的微生物群落结构变化。结果表明，热胁迫显著改变了珊瑚相关微生物群落结构。健康珊瑚中以 Proteobacteria 为主的细菌群落维持稳定，而在白化珊瑚中，这些有益微生物显著减少，同时一些机会性或潜在致病菌（如Vibrio）相对丰度上升，表明微生物群落失衡可能加剧珊瑚对白化压力的敏感性。
其次，从珊瑚相关微生物群落中分离获得32株可培养细菌，并筛选出具有潜在共生功能的关键细菌Muricauda aquimarina。该细菌能够与共生甲藻形成稳定共培养体系，并在高温条件下显著提高共生甲藻的生长速率和光合效率，同时降低细胞内活性氧（ROS）水平，从而增强共生甲藻的耐热能力。
随后，通过长期温度驯化实验获得了具有更强热耐受性的共生甲藻株系。通过构建“微生物辅助整体生物体重建（MAHR, microbial-assisted holobiont reconstitution）”模型，将耐热共生甲藻和有益细菌引入白化损伤珊瑚体内，从而重建新的共生体系。实验表明，该体系能够显著改善珊瑚的光化学效率，并促进蛋白质、脂质和碳水化合物等营养物质的积累，显示出明显的康复趋势。
为了进一步揭示共生伙伴之间的代谢互作机制，研究利用稳定同位素标记（¹³C 和 15N）结合单细胞拉曼光谱技术，在单细胞水平上追踪营养物质在细菌与共生甲藻之间的转移。结果发现，细菌能够吸收无机氮并转化为含氮代谢物，随后传递给共生甲藻，促进其氨基酸和核酸合成；并通过光合作用产生碳源，为细菌和珊瑚宿主提供能量和结构物质。当菌藻被引入白化珊瑚体内时，细菌主要提供氮源促进蛋白质和脂质合成，而共生甲藻则提供碳源和能量物质，两者协同作用显著促进珊瑚组织修复与代谢恢复，从而增强珊瑚对白化压力的适应能力。菌藻珊瑚之间还表现出不同的代谢交换顺序与效率，例如某些核酸类物质的交换先于氨基酸和碳水化合物，形成时空层级的动态营养代谢交换网络。
总结本研究在珊瑚微生物生态与共生机制研究方面工作内容：
1. 提出并构建微生物辅助珊瑚整体生物体重建模型（MAHR）
该研究向白化的珊瑚组织引入人工热驯化的共生甲藻与有益细菌，在实验水平上重建珊瑚共生体系，为研究珊瑚共生关系的因果机制提供了可控实验平台。
2. 证明有益微生物能够显著增强珊瑚抗热能力
实验证明，引入耐热共生甲藻与功能细菌可以显著提高珊瑚组织光合作用效率和营养状态，为利用微生物提高珊瑚抗白化能力提供了直接证据。
3. 揭示跨界生物之间的代谢协同机制
研究系统解析了细菌提供氮源、甲藻提供碳源、珊瑚宿主利用这些代谢物进行组织修复的协同机制，揭示了珊瑚整体生物体中多界生物之间的代谢整合模式。
4.将单细胞拉曼代谢组学应用于珊瑚共生体系研究
研究首次利用稳定同位素标记结合单细胞拉曼光谱技术，实现了对珊瑚—甲藻—细菌之间碳氮代谢交换的原位、单细胞、实时追踪，突破了传统群体代谢分析的局限。
科学意义与应用价值
本研究从整体生物体（holobiont）的角度系统阐明了珊瑚共生体系中的代谢互作机制，为理解珊瑚对白化压力的韧性提供了新的理论框架。研究表明，珊瑚的环境适应能力不仅依赖于宿主自身，还依赖于共生微生物之间高度协同的代谢网络。
在应用层面，该研究提出的“微生物辅助珊瑚修复”策略为未来珊瑚礁生态修复提供了新的技术路径。通过筛选和定向培育有益微生物，并将其引入受损珊瑚群体，有望提高珊瑚对白化事件的抵抗和恢复能力，从而减缓全球珊瑚礁退化趋势。
本研究还深化了对“整体基因组（hologenome）”理论的理解，即宿主及其共生微生物共同作为进化与适应的基本单位。这一理念不仅适用于珊瑚生态系统，也为研究其他复杂宿主—微生物共生体系提供了新的研究范式。
海南大学为文章第一单位，第一作者舒杨博士，通讯作者为傅鹏程教授及徐健研究员（合作单位：中科院青岛生物能源与过程研究所）
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