研究揭示了深海化学合成管蠕虫中宿主与共生体的密切相互作用

Vestimotiferan管虫是一种独特的深海生物，缺乏消化系统，依靠与硫化物氧化内共生细菌（内共生菌）的共生关系来获取营养。这些蠕虫生活在热液喷口和冷泉等化学合成生态系统中，将内共生体容纳在一个专门的器官中，促进气体交换，为微生物的有机物质生产提供燃料，导致管虫显著生长和密集群落

像巨型管虫Riftia pachyptila这样的物种表现出异常的生长速度，记录在案的管长年增长超过85厘米。这种非凡的生产力表明了一种高效的代谢过程，这可能是由管虫宿主和内共生体共同进化的许多适应所驱动的

为了揭示这些迷人的深海生物中宿主-共生体相互作用的复杂性，中国科学院海洋研究所（IOCAS）和香港科技大学的联合研究团队采用了单细胞RNA测序技术

该研究发表在《科学进展》上

研究人员和“Faxian”遥控潜水器团队开发了一种深海原位单细胞固定系统，使他们能够分析深海管蠕虫Paraescarpia echinapica的滋养体

单细胞RNA测序与互补分子分析相结合，构建了管虫滋养体的细胞图谱。结果显示，滋养体内不同的细胞群表达与气体运输和代谢物穿梭相关的基因，这表明形成了一个生化梯度，促进了化学合成底物从滋养体外围向中心的输送

该研究的第一作者王浩博士说：“我们发现了两个不同的细菌细胞群，它们在每个滋养体小叶内占据了不同的微环境。”。“这些结果共同证明了管虫对气体和代谢物分布的精确控制，在滋养体内建立了含氧的外周和缺氧的中枢代谢微环境。”

有趣的是，对共生体关键代谢途径的综合分析表明，它们的代谢状态和小叶内的位置之间存在空间相关性。生活在富氧外围的细菌细胞积极进行碳固定，这是一个有机物生产过程

相反，那些栖息在缺氧中心的生物参与反硝化作用，可能有助于宿主消除氨废物。微小滋养体小叶内的这种空间组织允许有效的营养生产和废物排毒

王博士说：“我们目前的研究揭示了深海动物共生和环境适应的共同原则，并为微生物与其动物宿主之间的相互作用带来了新的见解。”

“我们的研究工作流程为生成分子水平特征提供了一种新的实验范式。这种方法可能有助于研究不同非模型生物，特别是海洋动物的生物适应性。”