首度揭開珊瑚共生菌聚合體神秘的「面紗」
發稿時間：中華民國111年07月11日

微菌聚合體(Microbial aggregates)常出現在許多的動物、植物體內，這些聚合體對寄主多有著重要的共生和寄生等生態功能角色。雖然過去有零星報告曾發現珊瑚蟲體內有微菌聚合體，但是對於這些聚合體的生理、生化、形態、遺傳、生態功能等，學界幾乎是一無所知。
本研究以萼形柱珊瑚(Stylophora pistillata)為研究對象，觀測其體內的微菌聚合體的多方面特徵，從大尺度的地緣分佈和珊瑚體內分佈，到極小尺度的聚合體微菌組成、微菌分佈、微菌基因體、聚合體基本元素差異等。利用螢光原位雜合技術(Fluorescence in situ hybridization, FISH)、光層顯微技術（Lightsheet microscopy）、共軛焦顯微圖像分析技術等，研究團隊解析了聚合體的分佈、型態、數目，及每個聚合體內的細菌數等。結果發現在台灣墾丁與日本沖繩兩地的珊瑚微菌聚合體(Coral associated microbial aggregate, CAMA)在組成菌種、密度、大小等特徵皆不盡相同，具備生物地理的專一性。而兩地的珊瑚聚合體多分布於萼形柱珊瑚的觸手處，每一隻珊瑚蟲平均約含有67萬隻細菌以CAMA形式存在，這是全世界首度估計單一微菌聚合體的數目和密度的證據 (圖一)。
更近一步，研究團隊利用基因定序技術發現內生桿菌(Endozoicomonas sp.)是CAMA的主要絕對優勢菌種，內生桿菌普遍認為是珊瑚重要的有益菌，且與珊瑚健康有著密切關係。CAMA生內生桿菌是一群新菌種，多源基因體分析顯示這些組成CAMA內生桿菌可能具有累積磷酸鹽類及運輸養分的能力。為了驗證這個現象，研究團隊結合FISH及奈米級二次離子質譜儀(NanoSIMS)技術，偵測到在CAMA內有高濃度磷元素的訊號，但是CAMA周遭的珊瑚組織或是共生藻的信號卻非常低，此結果與基因體分析結果互相呼應，顯示CAMA可能在珊瑚宿主中扮演著磷鹽循環的生態角色。
內共生微菌聚合體(Endosymbiotic microbial aggregates)對於生物適應環境，甚至面對環境壓力下生存都扮演著重要的功能。過去的研究指出CAMA廣泛出現於不同地理區、不同珊瑚物種，顯示CAMA與珊瑚的緊密關係。本研究首度揭示CAMA是由單一或是多種的內共生桿菌組成，其大小、數量、細菌密度、分佈皆因地區而有差異，並藉由基因體分析和基本元素測定，多面相實驗證實CAMA在珊瑚組織可能扮演著磷酸鹽循環與調節共生藻光合效率的重要角色。
本研究由生物多樣性研究中心湯森林老師團隊、NanoSIMS核心設施、應用科學研究中心陳壁彰老師團隊、澳洲James Cook大學Prof. David Bourne等合作完成。我們特別要感謝第一作者中研院生物多樣性中心博士後研究員和田直久博士(Dr. Naohisa Wada)的貢獻，其中主要的研究工作由和田博士完成，實屬不易。本研究成果已七月發表於國際雜誌《科學前進》（Science Advances）。
發表文章連結：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo2431

圖一、在單一珊瑚蟲中立體CAMA（紅色）影像，CAMA透過原場螢光染色標記後成像 (a)。透過多重專一探針偵測不同菌株(Endo-group A和B)的在墾丁和沖繩珊瑚體內的CAMA分佈。結果顯示墾丁CAMA具多菌株(b、c)，但沖繩CAMA則僅由一菌株構成 (d)。
 
原文轉載自【中央研究院】
https://www.sinica.edu.tw/ch/news/7240