Vestimentifera管虫常见于深海热液，属于环节动物门下的西伯达科。在发育过程中，它们的肠道会退化为与微生物共生的营养体。管虫为共生菌的生长提供了场所及能量，共生菌为管虫提供了营养。针对巨大管虫的研究中发现，这些管虫一年可以生长85厘米，表明管虫与共生菌的营养互作非常高效。这些共生菌为管虫提供了何种营养？管虫与共生菌中有什么特殊代谢途径使其能够在深海极端环境下生存并高速生长？一直是深海管虫研究的热点问题。海洋所研究团队在马努斯热液和冲绳海槽热液区采集了两种Vestimentifera管虫（Arcovestia ivanovi和Lamellibrachia columna），系统分析了这两种管虫的共生菌多样性及代谢特征，发现伽马变形菌在这两种管虫中均占主导地位。进一步发现，这种菌在生长的过程中会变大并逐渐被糖原颗粒充满，最后裂解释放糖原为管虫提供重要营养物质，这可能是管虫快速生长的物质基础。除此之外，团队在管虫体内还发现了高丰度的维生素B2，由于管虫不能合成此类维生素，因此细菌合成的维生素可能在管虫发育过程发挥重要作用。

马努斯热液区中发现的成簇管虫群落

管虫共生菌内部充满糖原颗粒

研究团队还测序组装了Arcovestia ivanovi管虫的基因组，从分子水平探索了营养物质在管虫体内的代谢路径。通过多组学分析，发现并证实了Vestimentifera管虫中存在着其它环节动物中没有的海藻糖合成通路，但是缺乏其它环节动物广泛存在的糖异生通路。这表明在关键碳代谢通路上，深海管虫与其它环节动物存在很大不同。这些结果暗示海藻糖可能是深海Vestimentifera管虫的重要血糖。团队进一步探究了管虫海藻糖合成酶（TPSP）的来源，发现管虫的TPSP与节肢动物的最相似，通过一系列证据表明管虫中的TPSP可能来自跨门的水平基因转移事件。海藻糖是一种重要的抗逆分子，有助于生物抵抗高温及硫化氢等极端环境，海藻糖合成相关基因的获得很可能对于深海Vestimentifera管虫适应深海热液环境具有重要意义。目前报道的水平基因转移绝大多数源于原核生物，该发现也为真核生物之间存在水平基因转移提供了证据。

深海Vestimentifera管虫存在独特的糖代谢途径

本项研究为理解管虫深海极端环境适应机制提供了新的视角。相关成果发表于在微生物领域期刊Microbiome（中国科学院一区TOP，5-Year IF = 17.9）。孙庆磊副研究员和原子皓副研究员为本文的共同第一作者，原子皓副研究员和孙黎研究员为共同通讯作者。以上研究获得了崂山实验室、国家自然科学基金委以及山东省海外优青基金的资助。

论文信息:

Sun Q,Yuan Z,Sun Y,Sun L. Integrated multi-approaches reveal unique metabolic mechanisms of Vestimentifera to adapt to deep sea. Microbiome. 2024;12(1):241.doi: 10.1186/s40168-024-01960-4.