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动科院校友胡敏杰博士在《Nature》发表论文揭示珊瑚与虫黄藻共生机理

发布者:魏然发布时间:2020-06-18浏览次数:568

2020618日动科院校友胡敏杰博士作为第一编辑和共同通讯编辑在国际顶尖期刊《Nature》杂志在线发表题为 “Lineage dynamics of the endosymbiotic cell type in the soft coral Xenia”研究成果。

珊瑚礁是海洋生态系统的重要组成部分,为海洋生物的多样性提供了基础保障,就如热带雨林对陆地生态系统的重要性一般。而近年来,受全球变暖等因素导致的珊瑚虫死亡事件却越演越重。由于珊瑚礁是珊瑚虫生长代谢的直接产物,珊瑚虫的死亡也将直接破坏珊瑚礁的生态系统。珊瑚虫死亡的一个重要原因是珊瑚漂白(coral bleaching)。珊瑚虫和能光合作用的虫黄藻(Symbiodinium)形成细胞内共生。在这一共生关系中,虫黄藻的光合作用为珊瑚虫的生长代谢提供了能量基础。由于珊瑚虫本身透明,所以珊瑚的颜色其实来源于虫黄藻的色素。珊瑚漂白就是珊瑚虫丢失其共生菌的过程。尽管珊瑚虫和虫黄藻之间的共生关系意义非凡,但是人们对于这种共生关系的认知却非常匮乏。

胡敏杰博士目前在美国Carnegie研究所从事博士后研究,他和合编辑以一种软体珊瑚虫(Xenia Sp.)为模型,应用生物信息学,分子生物学等手段对珊瑚虫和虫黄藻的共生关系进行了非常深入的研究。他们首先通过结合二代短序列测序、Nanopore长序列测序,和Hi-C技术(研究细胞核3D结构) 组建了目前为止,海洋生物中最为完整的基因组序列。基于此,他们再利用单细胞测序手段,对该珊瑚虫中的所有细胞进行测序。根据各细胞的不同基因表达,胡博士等人发现了该珊瑚虫中的16种不同的细胞类型。同时,他们用FACS在该珊瑚虫中分离出了包含虫黄藻的所有细胞并进行的转录组测序。通过比较分离出细胞的转录组和单细胞测序的转录组, 他们发现在16中不同的细胞类型中,有一种细胞专门负责与虫黄藻进行共生。这种细胞特异表达一系列的基因,包括与虫黄藻之间的物质交换等。这些基因的发现为后续更深入的研究哪些具体基因在共生关系中发挥重要作用提供了基础。

此外,胡博士等人也在该软体珊瑚中建立的一种的新的再生模型。再生过程中,势必涉及新的共生关系的建立,这种再生模型为研究珊瑚虫和虫黄藻共生关系的动态过程提供了可能。通过单细胞测序再生中的珊瑚虫并研究其中共生细胞的动态发展过程,胡博士等人发现有一群原始细胞可以识别虫黄藻,并与之形成新的共生细胞,而随着时间发展,这些细胞又将进入类似衰老的过程,并丢失虫黄藻。通过EdU标记,细胞追踪,胡博士等人进一步证实了这一动态过程。

该工作第一次详实的描述珊瑚虫与虫黄藻共生的细胞,并描绘了这种共生关系发生的整个动态过程。其中特异的表达基因为认知珊瑚虫和虫黄藻的共生关系提供了重要的理论基础,这也将为未来对珊瑚漂白认知及保护珊瑚提供提供更多的方向。

胡敏杰博士2015年在动科院获得博士学位,师从导师彭金荣教授。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2385-7


 

                                                                                                 科研与开发科

  2020618


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