作为深海生态系统的典型代表，冷泉和热液口拥有极端复杂的环境条件，但却支持着丰富的生物多样性。诸如深海贻贝等深海底栖动物被认为是由其在浅海生活的祖先进化而来。近年来，基因组进化和微生物共生等研究揭示了这些物种的环境适应机制。然而，生物在进入深海的早期阶段如何适应极端环境，仍未充分了解。近日，青岛能源所单细胞中心与中国科学院海洋研究所深海极端环境与生命过程研究中心合作，通过将浅海贻贝（Mytilus galloprovincialis）放置于1119米深处的中国南海Site-F冷泉，并原位固定采样，解析了浅海贻贝在深海环境中的转录组和微生物组变化，相关研究成果发表于国际期刊《通讯-生物》(Communications Biology)。

以往针对深海环境的适应机制研究主要采用实验室压力模拟的方法，但深海是一个复杂的生态系统，除高静水压外，还受到深海微生物群落、冷渗活动、硫化物浓度等多种生物和非生物因素影响。此外，多项研究表明，深海样品采集过程中会引发生物的应激反应，从而导致其转录无法真实反映样品在深海中的状态。在本研究中，来自中国科学院海洋研究所的研究团队借助潜水器和自主研发的原位固定装置，开展了样品的原位实验、采集与固定，最大程度确保了浅海贻贝适应深海环境过程中宿主及环境微生物数据的真实性（图1）。

图1 在中国南海Site-F冷泉开展的原位实验

青岛能源所单细胞中心的研究人员通过对比不同时长下深海环境适应的浅海贻贝鳃组织转录组数据，系统解析了贻贝的深海环境适应策略。通过与已发表数据整合分析发现，浅海贻贝进化保守基因的表达谱在10天内逐步从浅海表达模式转变为深海表达模式，呈现出深海贻贝的基因表达特征。这种快速适应主要与应激反应、免疫防御、稳态维持等机制密切相关，尤其体现在能量代谢相关基因的显著调控变化上。

此外，浅海贻贝鳃组织的宏基因组数据表明，其微生物群落结构在适应深海环境的过程中也逐渐向深海近缘种的结构趋同，其中一个显著特征是深海贻贝的天然特异性共生菌——甲烷氧化菌，逐步在浅海贻贝的鳃组织中富集。同时，参与免疫识别和内吞作用的宿主基因表达模式与甲烷氧化菌的丰度高度相关（图2）。

图2 浅海贻贝在深海环境暴露下的快速适应机制

本研究为深入理解生物在深海环境中的早期适应机制及微生物群落动态变化提供了全新视角，揭示了进化保守基因与微生物群落变化在适应极端环境中的协同作用，并为阐明宿主-环境微生物共生关系的形成机制提供了理论依据。

青岛能源所单细胞中心孙鲁阳研究员、博士生刘晓鲁、中国科学院海洋研究所深海极端环境与生命过程研究中心周丽副研究员为共同第一作者，中国科学院南海海洋研究所李超伦研究员和孙鲁阳为论文通讯作者。该工作获得中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目支持。（文/刘晓鲁 图/刘阳、周丽）

原文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-024-07382-0

Luyang Sun*^#, Xiaolu Liu^#, Li Zhou^#, Hao Wang, Chao Lian, Zhaoshan Zhong, Minxiao Wang, Hao Chen, Chaolun Li*. Shallow-water mussels (Mytilus galloprovincialis) adapt to deep-sea environment through transcriptomic and metagenomic insights. Communications Biology, 2025, 8: 46.