珊瑚礁是地球上最重要的生态系统之一,由于人类活动引起的海洋环境变化,使全球珊瑚礁正面临着前所未有的危机。然而,我们对珊瑚共生的生物相互作用及其应激反应的分子机制还知之甚少,但这对于未来全球气候变化或者海洋极端事件下珊瑚礁白化和生存都是至关重要的。本论文以典型的丛生盔型珊瑚(Galaxea fascicularis)作为研究模型,基于实验模拟和海洋自然环境样品的研究,结合分子生物学和组学方法,系统地探讨了共生珊瑚应对海洋变化有关的适应生物学基础问题。通过对丛生盔型珊瑚的形态研究,加深了对其“共生”和“钙化”生物性质的认识。为研究珊瑚与虫黄藻之间的动态共生关系,开发了一种Taqman PCR方法运用于虫黄藻的分型和检测分析。首次对典型丛生盔型珊瑚进行组学分析,进一步扩展了对其遗传基础的研究,揭示了珊瑚与虫黄藻在维生素、辅酶因子和氨基酸等合成代谢及营养支持上的互惠机制;发现了丛生盔型珊瑚在转录因子、细胞信号转导分子、生物矿化基因家族的扩张机制。比较北部湾海水环流的富营养化状况及珊瑚种群的基因转录水平,经鉴定差异表达基因主要涉及胁迫反应和共生相互作用等代谢通路,这些可能与珊瑚种群对慢性富营养化压力的耐受机理有关。基因表达分析还表明“珊瑚—虫黄藻”的柔性相互作用可以对溶解无机碳(DIC)通量的预算进行协同调控,重新分配珊瑚光合作用和生物钙化的产出以应对海洋环境pH的波动。基于短期海洋酸化(OA)实验的蛋白组研究表明,珊瑚具有维持生物体酸碱平衡、能量和共生系统稳态的内在机制,但是OA压力仍然会对珊瑚的免疫系统和应激防御产生负面影响,这可能引发敏感珊瑚的白化。另外微生物组分析指出OA对珊瑚微生物群落和功能造成很大的干扰,将影响珊瑚宿主的健康和共生系统的适应性。综上所述,本论文对珊瑚礁的共生生物学及其应对海洋变化的分子适应机理等方面提出了一些有趣的见解,同时也为未来的研究指明了新的方向。