近日，我所海洋生态保护与修复重点实验室郑新庆领衔的珊瑚研究团队联合厦门大学和汕头大学的合作伙伴在自然旗下期刊Communications Biology（中科院大类：生物学一区，Top期刊，IF = 5.1）发表研究论文“Limited contributions of bacteria and fungi to coral nutrition revealed by amino acid δ13C analysis”，构建了用于造礁珊瑚营养溯源的“必需氨基酸碳指纹图谱”，提出珊瑚的必需氨基酸主要来自共生虫黄藻与颗粒有机质，而细菌和真菌对珊瑚必需氨基酸的贡献可能极为有限，强调了营养可塑性在珊瑚能量调节与未来环境适应中的关键作用。该论文第一作者为我所王啟芳博士后，郑新庆研究员与汕头大学梁裕升教授、厦门大学唐甜甜副教授为共同通讯作者，共同作者包括厦门大学李佳宸博士、黄凌风教授、我所周曦杰助理研究员和山东大学石拓教授。

¤ 研究背景与方法

微生物在海洋生态系统中具有关键功能，且它们可与许多动物形成共生关系，进而影响宿主动物的生态位与环境抗逆性。造礁珊瑚既依赖虫黄藻的光合作用供能，又通过异养摄食补充氮、磷等必需元素。这种混合营养策略及其可塑性是其适应环境变化的重要机制。尽管分子研究显示细菌和真菌广泛存在于珊瑚组织、骨骼及礁体环境并参与多种元素循环，但这些微生物在珊瑚营养供给中的具体贡献尚未得到明确量化。尤其值得注意的是，这些微生物能够合成大多数后生动物（包括珊瑚）所需的必需营养素，如必需氨基酸（EAA）。

本研究以鹿角杯形珊瑚（Pocillopora damicornis）为对象，测定了不同季节珊瑚宿主及其潜在内外营养来源（共生虫黄藻、颗粒有机物、沉积有机质和浮游动物）的氨基酸碳稳定同位素（δ13CAA）。同时，整合已发表的共生功能体生物（如造礁珊瑚和海绵）及初级生产者类群（如藻类、细菌和真菌）的必需氨基酸碳同位素（δ13CEAA）数据进行分析。基于不同初级生产者类群在必需氨基酸合成途径上产生的碳同位素分馏差异及其在营养传递中的高保真性，使用贝叶斯混合模型（MixSIAR）以及线性判别分析（LDA）所构建的源训练集与消费者预测集，解析了造礁珊瑚的营养策略与营养来源，为阐明微生物对珊瑚营养供给的作用奠定了理论基础。

¤ 研究结果

在测定的十种δ13CAA中，亮氨酸（Leu）最为贫化，苏氨酸（Thr）最为富集；不同δ13CAA差异通常大于不同样本类型之间的差异，且仅苏氨酸显示出显著季节性变化。珊瑚宿主的非必需氨基酸δ13C值普遍高于虫黄藻和异养食源，而其δ13CEAA值通常位于虫黄藻与异养来源的区间之间，整体表明了良好的营养传递关系。

图1 不同样本类型中四种非必需氨基酸（Ala：丙氨酸，Asx：天冬氨酸/天冬酰胺，Glx：谷氨酸/谷氨酰胺，Pro：脯氨酸）和六种必需氨基酸（Ile：异亮氨酸，Leu：亮氨酸，Lys：赖氨酸，Phe：苯丙氨酸，Thr：苏氨酸，Val：缬氨酸）的δ13C分布特征及显著性分析。字母“S”和星号“＊”分别表示组间和季节样品间存在显著差异 

通过整合本研究测定数据与已发表的161组必需氨基酸碳同位素数据，建立了可用于珊瑚营养溯源的必需氨基酸“碳指纹图谱”，发现不同初级生产者类群的必需氨基酸“碳指纹”具有显著的时空一致性（图2a），分类成功率高达95.5%。在使用消费者类群（珊瑚与海绵）作为预测集时，LDA判别88.5%的健康造礁珊瑚的营养来源主要为共生虫黄藻，而经历白化的珊瑚比例则降至44.5%；相应地，11.5%的健康造礁珊瑚与55.5%的疑似白化造礁珊瑚的主要营养来源被判定为颗粒有机物。此外，LDA判定深海竹节珊瑚和66.7%的海绵以颗粒有机物为主要营养来源，另有33.4%的海绵则更依赖细菌。贝叶斯混合模型的贡献估计与LDA结果高度一致，揭示了不同状态与环境下珊瑚对各类营养来源的差异性依赖（图2b）。本研究建立的必需氨基酸“碳指纹图谱”可有效追溯初级生产者对消费者的营养供给，阐明了造礁珊瑚的营养可塑性及其主要营养来源（图3），为理解珊瑚群落动态与环境适应性提供了重要依据。

图2 基于必需氨基酸碳稳定同位素的营养溯源分析。（a）本研究及已发表的珊瑚、海绵和初级生产者六种必需氨基酸碳同位素的线性判别分析（即必需氨基酸“碳指纹”）；（b）贝叶斯混合模型估算的不同初级生产者类群的对不同珊瑚宿主及海绵相对贡献的信念区间。数字代表本研究与已发表研究中的不同珊瑚物种

图3 本研究的概念图

该研究获得了国家重点研发计划（2020YFA0607602）、国家自然科学基金面上项目（42376110，41976127，42176199）、自然资源部第三海洋研究所基本科研业务费（2019017，2020017）等项目共同资助。

论文原文链接：Wang, Q., Li, J., Zhou, X. Huang, L., Shi, T., Tang, T., Leung, J., Zheng, X. Limited contributions of bacteria and fungi to coral nutrition revealed by amino acid δ13C analysis. Communications Biology 8, 1500 (2025). https://doi.org/10.1038/s42003-025-08888-x