海洋海绵全生物体中共生体的生物合成产出随宿主发育阶段变化

微生物很可能自动物起源之初便已影响动物的发育，但宿主与微生物如何在个体发生过程中相互协作，至今仍知之甚少。在本研究中，我们通过同步分析海洋海绵 *Amphimedon queenslandica* 在胚胎、幼虫和变态发育阶段的宿主与共生体基因表达，刻画了一种具有发育动态性的共生关系。三种核心垂直传递共生体的转录状态均表现出显著的阶段特异性。优势共生体 AqS1 的代谢基因表达在宿主糖酵解和氧化磷酸戊糖途径表达最低的孵育胚胎阶段达到峰值，且这一峰值阶段富集了编码酶的基因。在不摄食的幼虫阶段，AqS1 在中心碳代谢、维生素代谢和氨基酸代谢中的生物合成基因表达均有所收缩，而其物质输入能力则增强。这种收缩具有选择性。幼虫宿主自身缺乏的精氨酸合成末端步骤相关 AqS1 基因，在尚未具备定居能力的幼虫中表达最低，而在定居时与宿主一氧化氮合酶共同上调；这与已知的、定居过程中一氧化氮诱导效应对共生体来源精氨酸的需求相一致。相比之下，组氨酸生物合成基因在幼虫中得以维持，同时宿主将组氨酸转化为谷氨酸的过程上调。宿主与共生体的营养物转运蛋白在相同发育阶段达到峰值的频率高于随机预期。在进行滤食的幼体阶段，宿主代谢和外排转运达到最高水平，而共生体转录组变化甚微。这些发现表明，共生体的生物合成产出会随着宿主发育阶段而变化，并提示垂直继承的微生物组可能并非通过组成变化，而是通过转录活性的改变，参与动物生命周期连续阶段的维持。

微生物很可能自动物起源之初便影响着动物的发育，然而宿主与微生物如何在个体发育过程中协同作用，仍知之甚少。本研究通过同步分析海洋海绵 Amphimedon queenslandica 在胚胎期、幼虫期和变态发育期的宿主及共生体基因表达，刻画了一种具有发育动态性的共生关系。3种核心垂直遗传共生体的转录状态均表现出显著的阶段特异性。优势共生体 AqS1 的代谢基因表达在受孕育胚胎中达到峰值，此时宿主糖酵解途径和氧化磷酸戊糖途径的表达最低；这一表达峰值所富集的基因主要编码酶类。在不摄食的幼虫中，AqS1 在中心碳代谢、维生素代谢和氨基酸代谢中的生物合成基因表达均有所收缩，而其摄取能力增强。这种收缩具有选择性。AqS1 中负责精氨酸合成最后步骤的基因——宿主缺乏这些基因——在具备定居能力之前的幼虫中表达最低，并在定居时与宿主一氧化氮合酶同步上调，这与已有研究所揭示的、共生体来源精氨酸对一氧化氮诱导定居的必要性相一致。相比之下，组氨酸生物合成基因在幼虫中得以维持，并伴随着宿主组氨酸向谷氨酸转化过程的上调。宿主与共生体的营养物转运蛋白在相同发育阶段达到峰值的频率高于随机预期。在进行滤食的幼体中，宿主代谢和外排转运达到最高水平，而共生体的转录组变化甚微。这些发现表明，共生体的生物合成产出会随宿主发育阶段而变化，并提示遗传获得的微生物组可能并非通过组成变化，而是通过转录活性的改变，参与动物生命周期中连续的不同阶段。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.29.755549v1?rss=1

🏷️ 海绵-微生物共生 发育阶段特异性 共生体转录组 代谢互作 垂直传递微生物组