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海洋海绵与微生物共生体相互关联，这些共生体塑造宿主生理并驱动营养循环；然而，在具有复杂微生物组的物种中，将特定共生伙伴对全共生体代谢的贡献加以明确归属仍然具有挑战性。珊瑚礁寻常海绵 Amphimedon queenslandica 提供了一个易于解析的体系，因为其成体微生物组仅由三种细胞外、经垂直传递的 γ-变形菌共生体（AqS1、AqS2 和 AqS3）所主导。在此，我们提出了宿主及各共生体改进后的基因组组装结果，并结合成体全共生体转录组，以解析各伙伴之间的功能分工及其表达的通路能力。 尽管这三种共生体仅占 KEGG 注释全基因组基因的大约 20%，它们却分别贡献了 45.2% 和 72% 的代谢基因与膜转运蛋白基因，揭示出在涉及营养转化与交换的蛋白质功能方面存在显著的功能失衡。虽然四个伙伴的中心异养碳代谢均是完整的，但基因组成和表达模式均表明，共生体会摄取由宿主释放的碳水化合物。多种通路的互补作用出现在溶解无机营养物同化过程中，包括硝酸盐还原、硫氧化还原代谢，以及磷酸盐摄取与储存。共生体还通过氨基酸、维生素和辅因子合成通路进一步扩展了全共生体的生物合成广度，而这些通路在宿主中是不完整的或缺失的；与此同时，其表达的膜转运蛋白谱与定向代谢物交换相一致。 综上，这些结果表明，经垂直传递的共生体能够以不成比例的方式扩展全共生体的代谢能力，而膜转运蛋白的富集则将共生体的代谢广度与宿主生理联系起来。与简单的通路冗余不同，这种以交换为导向的功能架构似乎构成了这种低复杂度动物—微生物共生体系中代谢整合的基础。
海绵与微生物共生体建立关联，这些共生体塑造宿主生理并驱动营养循环；然而，在具有复杂微生物组的物种中，将特定伙伴对全共生体代谢的贡献加以归属仍然具有挑战性。珊瑚礁寻常海绵 Amphimedon queenslandica 提供了一个可操作的解析体系，因为其成体微生物组仅由三种细胞外、垂直遗传的 γ-变形菌共生体（AqS1、AqS2 和 AqS3）所主导。在此，我们提出了宿主及各共生体的改进基因组组装结果，并将其与成体整体转录组相整合，以解析每个伙伴的功能分工及其表达的代谢通路能力。
尽管这三种共生体仅占全共生体基因组中经 KEGG 注释基因的大约 20%，它们却分别贡献了 45.2% 和 72% 的代谢基因与膜转运蛋白基因，揭示出在参与营养转化与交换的蛋白质功能上存在显著的功能失衡。尽管四个伙伴的中心异养碳代谢均是完整的，基因内容及其表达模式均表明，共生体会摄取由宿主释放的碳水化合物。代谢通路的互补性体现在多个溶解性无机营养物同化过程中，包括硝酸盐还原、硫氧化还原代谢以及磷酸盐摄取与储存。共生体还通过氨基酸、维生素和辅因子生物合成通路进一步扩展了全共生体的生物合成广度，而这些通路在宿主中是不完整的或缺失的；同时，其表达的膜转运蛋白谱也与定向代谢物交换相一致。
综上，这些结果表明，垂直遗传的共生体能够以不成比例的方式扩展全共生体的代谢能力，而膜转运蛋白的富集则将共生体的代谢广度与宿主生理联系起来。与简单的通路冗余不同，这种以交换为导向的功能架构似乎构成了这种低复杂度动物—微生物共生体系中代谢整合的基础。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.05.743132v1?rss=1
🏷️ 海绵共生体 全共生体基因组 代谢整合 膜转运蛋白 宿主-微生物互作 垂直传递共生