V-type H?-ATPase in the symbiosome membrane is a conserved mechanism for host control of photosynthesis in anthozoan photosymbioses  

共生體膜中的V型H?-ATP酶是珊瑚蟲光合共生中宿主控制光合作用的保守機制  

來源：Royal Society Open Science, volume 9, 2022, article ID 211449  

《皇家學(xué)會開放科學(xué)》第9卷，2022年，文章編號211449  

 

摘要內(nèi)容  

本研究通過海葵（Anemonia majano）模型證實，宿主細(xì)胞共生體膜上的V型H?-ATP酶（VHA）通過酸化共生體微環(huán)境（pH≈4），促進共生藻（Symbiodiniaceae）的光合作用。抑制VHA活性使光合產(chǎn)氧量下降80%，證明該機制在非鈣化珊瑚蟲（與造礁珊瑚同屬六放珊瑚亞綱）中同樣存在，表明宿主控制的碳濃縮機制（CCM）在珊瑚蟲-藻類共生體系中具有進化保守性。  

 

研究目的  

驗證VHA在非鈣化珊瑚蟲（海葵）共生體膜中的定位是否與造礁珊瑚一致。  

 

探究VHA抑制是否顯著影響共生藻光合效率。  

 

揭示VHA介導(dǎo)的CCM在珊瑚蟲門中的進化保守性。  

 

研究思路  

蛋白質(zhì)定位：  

 

通過Western blotting分析VHA在宿主組織（表皮層 vs 胃皮層）的分布（圖1a）。  

 

免疫熒光顯微技術(shù)觀察VHA在共生體膜上的亞細(xì)胞定位（圖1b, 圖2）。  

 

功能驗證：  

 

使用特異性抑制劑巴佛洛霉素A1（bafilomycin A1）抑制VHA活性。  

 

通過Unisense氧電極實時監(jiān)測光合產(chǎn)氧速率變化（表1）。  

 

測量數(shù)據(jù)及研究意義  

VHA蛋白表達(dá)：  

 

數(shù)據(jù)來源：Western blot顯示VHA在胃皮層（含共生藻）富集，膜組分中表達(dá)最高（圖1a）。  

 

意義：證實VHA定位于宿主細(xì)胞膜系統(tǒng)，為酸化共生體微環(huán)境提供分子基礎(chǔ)。  

亞細(xì)胞定位：  

 

數(shù)據(jù)來源：免疫熒光顯示VHA信號（紅色）環(huán)繞藻類葉綠素（綠色），位于宿主細(xì)胞核與共生體之間（圖2）。  

 

意義：直接證明VHA嵌入共生體膜，與珊瑚和巨蛤的VHA定位機制一致。  

光合速率變化：  

 

數(shù)據(jù)來源：抑制VHA后，光合產(chǎn)氧量從334.9 ± 41.4 nmol O?·h?1降至79.9 ± 63.0 nmol O?·h?1（表1）。  

 

意義：VHA活性缺失導(dǎo)致光合效率下降80%，表明其是宿主調(diào)控光合作用的關(guān)鍵開關(guān)。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究意義  

高精度實時監(jiān)測：  

 

Unisense Clark型氧電極以秒級分辨率記錄溶解氧濃度，通過兩點校準(zhǔn)（0% DO的還原劑溶液 vs 100%飽和海水）確保數(shù)據(jù)可靠性。  

 

意義：實現(xiàn)光合速率的動態(tài)量化，精準(zhǔn)捕捉抑制劑處理后的快速生理響應(yīng)（5分鐘內(nèi)響應(yīng)）。  

生態(tài)機制解析：  

 

測得的產(chǎn)氧量下降（表1）直接關(guān)聯(lián)VHA功能：VHA酸化共生體微環(huán)境→促進HCO??轉(zhuǎn)化為CO?→增強藻類碳固定→提升光合產(chǎn)氧。  

 

意義：為"宿主通過酸化控制光合作用"的假說提供直接實驗證據(jù)，揭示共生互作的生化調(diào)控本質(zhì)。  

跨物種比較價值：  

 

與珊瑚（pH≈4的共生體酸化）和巨蛤（細(xì)胞外共生）數(shù)據(jù)對比，證明Unisense電極適用于不同共生模式的通量研究。  

 

意義：標(biāo)準(zhǔn)化光合測量方法，支持跨物種保守機制的比較生物學(xué)研究。  

 

結(jié)論  

進化保守性：VHA介導(dǎo)的CCM在鈣化（珊瑚、巨蛤）和非鈣化（海葵）宿主中均存在，表明其為珊瑚蟲-藻類共生的核心調(diào)控機制。  

 

宿主主導(dǎo)性：宿主通過VHA主動酸化共生微環(huán)境（而非被動提供棲息地），直接控制藻類光合效率，支持"宿主調(diào)控共生平衡"的假說。  

 

生態(tài)適應(yīng)性：該機制與宿主骨骼化無關(guān)（海葵無骨骼），凸顯其在光合共生中的普適功能價值。