Abstract Despite being one of the simplest metazoans, corals harbor some of the most highly diverse and abundant microbial communities. Differentiating core, symbiotic bacteria from this diverse host-associated consortium is essential for characterizing the functional contributions of bacteria but has not been possible yet. Here we characterize the coral core microbiome and demonstrate clear phylogenetic and functional divisions between the micro-scale, niche habitats within the coral host. In doing so, we discover seven distinct bacterial phylotypes that are universal to the core microbiome of coral species, separated by thousands of kilometres of oceans. The two most abundant phylotypes are co-localized specifically with the corals’ endosymbiotic algae and symbiont-containing host cells. These bacterial symbioses likely facilitate the success of the dinoflagellate endosymbiosis with corals in diverse environmental regimes.

Abstract The genomes of mitochondria and chloroplasts contain ribosomal RNA (rRNA) genes, reflecting their evolutionary ancestry as free-living bacteria prior to endosymbiosis. In microbiome studies of animals, plants, or other eukaryotic hosts, these organellar rRNAs are often amplified. If identified, they can be discarded, merely reducing sequencing depth. However, incorrectly annotated mitochondrial reads may compromise statistical analysis by distorting relative abundances of free-living microbes. We quantified this by reanalyzing 7,459 samples from seven 16S rRNA sequencing studies, including the microbiomes of 927 unique animal genera. We find that under-annotation of cryptic mitochondrial reads affects multiple of these large-scale cross-species microbiome comparisons, and can be severe in some samples. It also varies between host species, potentially biasing cross-species microbiome comparisons. We propose a straightforward solution: by supplementing existing taxonomies with diverse mitochondrial rRNA sequences, we resolve up to 97% of unique unclassified sequences in some entire studies as mitochondrial (14% averaged across all studies), without increasing false positive annotations in mitochondria-free mock communities. Overall, improved annotation decreases the proportion of unknown sequences by ≥10-fold in 2,262 of 7,459 samples (30%), including representatives from 5 of 7 studies examined. While standard DADA2 analyses are severely affected, the default positive filter in Deblur run through QIIME2 discards many divergent mitochondrial sequences, preventing bias in analysis, but also making analysis of these sequences more difficult. We recommend leveraging mitochondrial sequence diversity to better identify, remove and analyze mitochondrial rRNA gene sequences in microbiome studies.

Coral bleaching events from thermal stress are increasing globally in duration, frequency, and intensity. Bleaching occurs when a coral's algal symbionts are expelled, resulting in a loss of color. Some coral colonies survive bleaching, reacquire their symbionts and recover. In this study, we experimentally bleached Montipora capitata colonies to examine molecular and physiological signatures of intrinsic differences between corals that recover (resilient) compared to those that die (susceptible). All colonies were collected from the same bay and monitored for eight months post-bleaching to identify specific colonies exhibiting long-term resilience and survival. Using an integrated systems-biology approach that included quantitative mass spectrometry-based proteomics, 16S rRNA of the microbiome, total lipids, symbiont density and diversity, we explored molecular-level mechanisms of tolerance in pre- and post-bleached colonies and found biomarkers of resilience that can confidently identify resilient and susceptible corals before thermal-induced bleaching events. Prior to thermal stress, resilient corals were characterized by a more diverse microbiome and increased abundances of proteins involved in multiple carbon and nitrogen acquisition strategies, symbiont retention and acquisition, and pathogen resistance. Susceptible corals had early signs of symbiont rejection and had resorted to utilizing urea uptake pathways for carbon and nitrogen. Further, molecular signatures identified prior to bleaching were amplified after bleaching, suggesting these pathways may be deterministic in a colony's fate. Our results have important implications for the future of reefs, revealing molecular factors necessary for survival through thermally-induced bleaching events and providing diagnostic biomarkers for coral reef management.

This study investigated microplastic and other micro-debris pollution in sediment, seawater, sea cucumbers, and corals from fringing and patch reefs in Kāne'ohe Bay, O'ahu, Hawai'i, USA. Microplastic pollution in Kāne'ohe Bay Bay was low compared to other tropical coral reefs. Microplastics were detected in sediments (29 %), sea cucumbers (9 %), and coral (0-2 %) samples but were not quantifiable. Seawater had quantifiable microplastic (< 0.5 mm) and macroplastic (> 0.5 mm) pollution, with mean concentrations ranging from 0.0061 to 0.081 particles m

ABSTRACT This study examined the long-term impacts of coral bleaching on the reproduction and physiology of Montipora capitata , a dominant reef-building coral in Hawaiʻi. We monitored bleached and non-bleached colonies during and after a natural coral bleaching event in 2014 and analyzed reproductive traits and transcriptomic signatures eight months later. Our study shows that non-bleached and bleached colonies successfully produced gametes. Colonies that bleached had smaller oocytes, and development was slower than in colonies that did not bleach. Corals with different vulnerabilities to bleaching exhibited distinct transcriptomic responses eight months after a bleaching event. Those more prone to bleaching showed suppression of transcripts associated with sperm motility, calcification, and immunity. We found distinct transcriptomic signatures between fringing and patch reefs, suggesting local adaptation and/or acclimatization. To conserve coral reefs and better understand how they will be affected by future heat stress, we need to track which colonies survive and examine how their physiological and reproductive processes are impacted in the short- and long-term. This is critical as consecutive bleaching events become more frequent, and corals have less time to recover. Our study provides valuable molecular and reproductive data that can be used for conservation and management purposes. This information can help us identify signs of coral vulnerability and resilience to bleaching, project how future bleaching events will affect coral reproduction, determine which traits are most at risk, and assess which sites are more likely to be compromised.

ABSTRACT Identifying processes that promote coral reef recovery and resilience is crucial as ocean warming becomes more frequent and severe. Sexual reproduction is essential for the replenishment of coral populations and maintenance of genetic diversity; however, the ability for corals to reproduce may be impaired by marine heatwaves that cause coral bleaching. In 2014 and 2015, the Hawaiian Islands experienced coral bleaching with differential bleaching susceptibility in the species Montipora capitata , a dominant reef-building coral in the region. We tested the hypothesis that coral bleaching resistance enhances reproductive capacity and offspring performance by examining the reproductive biology of colonies that bleached and recovered (B) and colonies that did not bleach (NB) in 2015 in the subsequent spawning seasons. The proportion of colonies that spawned was higher in 2016 than in 2017. Regardless of parental bleaching history, we found eggs with higher abnormality and bundles with fewer eggs in 2016 than 2017. While reproductive output was similar between B and NB colonies in 2016, survivorship of offspring that year were significantly influenced by the parental bleaching history (egg donor × sperm donor: B × B, B × NB, NB × B, and NB × NB). Offspring produced by NB egg donors had the highest survivorship, while offspring from previously bleached colonies had the lowest survivorship, highlighting the negative effects of bleaching on parental investment and offspring performance. While sexual reproduction continues in M. capitata post-bleaching, gametes are differentially impacted by recovery time following a bleaching event and by parental bleaching resistance. Our results demonstrate the importance of identifying bleaching resistant individuals during and after heating events. This study further highlights the significance of maternal effects through potential egg provisioning for offspring survivorship and provides a baseline for human-assisted intervention (i.e., selective breeding) to mitigate the effects of climate change on coral reefs.

Abstract The genomes of mitochondria and chloroplasts contain ribosomal RNA (rRNA) genes, reflecting their ancestry as free-living bacteria. These organellar rRNAs are often amplified in microbiome studies of animals and plants. If identified, they can be discarded, merely reducing sequencing depth. However, we identify certain high-abundance organeller RNAs not identified by common pipelines, which may compromise statistical analysis of microbiome structure and diversity. We quantified this by reanalyzing 7459 samples from seven 16S rRNA studies, including microbiomes from 927 unique animal genera. We find that under-annotation of cryptic mitochondrial and chloroplast reads affects multiple of these large-scale cross-species microbiome comparisons, and varies between host species, biasing comparisons. We offer a straightforward solution: supplementing existing taxonomies with diverse organelle rRNA sequences. This resolves up to 97% of unique unclassified sequences in some entire studies as mitochondrial (14% averaged across all studies), without increasing false positive annotations in mitochondria-free mock communities. Improved annotation decreases the proportion of unknown sequences by ≥10-fold in 2262 of 7459 samples (30%), spanning 5 of 7 major studies examined. We recommend leveraging organelle sequence diversity to better identify organelle gene sequences in microbiome studies, and provide code, data resources and tutorials that implement this approach.