《日研究人员确定温度升高引起珊瑚白化的潜在基因》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2019-07-23
  • 日本东北大学研究人员已经确定了由温度升高引起珊瑚白化的潜在基因。研究人员在多种培养条件下采用一种新兴的模型对共生海葵Exaiptasia diaphana进行了转录组学分析。温度升高和非共生状态的转变(两种生物彼此不相互依赖的状态)导致292个基因的表达水平发生显着且不可逆转的变化。该研究小组认为,292“热诱导白化相关”(HIBA)基因包括由于温度升高导致珊瑚白化的因素。

    珊瑚礁是海洋生物多样性的主要储藏库。它们的生态系统依赖于宿主刺胞动物(包括珊瑚和海葵)与共生鞭毛藻之间稳定的共生关系。全球变暖导致的持续环境变化会永久性地破坏这种共生关系:这种现象被称为“珊瑚白化”。然而,人们对维持稳定共生关系的机制知之甚少。

    在这项研究中,HIBA基因进行功能分类分析,分为四个主要官能团:转运蛋白、氧化还原、溶酶体和碳水化合物代谢。东北大学助理教授Shinchiro Maruyama认为,溶酶体是一种降解细胞内各种物质的多功能细胞器。共生体鞭毛藻存在于一种叫做‘共生体’的细胞器中,类似于溶酶体。这表明在宿主刺胞动物中共生体数量减少的情况下,溶酶体与白化之间存在关系。此外,共生碳水化合物长期以来被认为有助于共生。基于这些因素,研究小组假设溶酶体中碳水化合物的降解是HIBA基因的核心功能,从而产生了进一步研究的想法。

    (於维樱 编译)

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  • 原文来源:https://www.tohoku.ac.jp/en/press/genes_coral_bleaching.html
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    • 持续的气候变化和厄尔尼诺现象等极端事件会导致周围海水温度升高,进而全世界的珊瑚礁都受到泛热带漂白事件的威胁。然而,珊瑚白化的产生机制很难预测,特别是跨水深处。目前,大多数珊瑚白化预测都是基于海洋表面的海水温度估计值,这些数据是由卫星在大面积海洋上收集的。虽然卫星观测对于了解大尺度空间分布和研究偏远地区很重要,但它们只能探测到海洋表面的温度,并提供相对较大尺度上的平均值。 为了研究高分辨率定量分析内波影响下的温度记录及其对西、中、东太平洋珊瑚礁的影响。研究者部署并维护了50~60个高分辨率、连续记录的电子温度计,这些温度计由车载电池供电,并具备较大内存。在日本、法属波利尼西亚和巴拿马的太平洋珊瑚礁地点进行跨深度储存。这记录了多年的现场温度,尤其是在2015年和2016年与厄尔尼诺事件有关的异常海温。使用该小组开发的一种新的滤波方法,从温度记录中提取内波信号,并将其用于实验分析中,以比较在有内波和无内波情况下可能发生的加热。结果分析表明,2015~2016年的厄尔尼诺现象中,内波的存在降低了高达88%的加热,特别是珊瑚礁较深处的加热。在某些地点,可能或者完全杀死珊瑚的严重加热事件的持续时间也降低了36~50%,或在其他地点完全阻止。 研究者还发现,内波冷却随深度增加而增加。在最浅的地点(8~10米水深)加热减少了20~41%,在较深的水域(30~40米水深)加热减少了54~88%。这些发现表明,内波可能是跨越世界上大多数珊瑚礁的深度和海洋位置进而引起珊瑚白化减少的一个重要过程。相反,研究结果还表明,在没有内波的时候,或者内波频率和强度随气候变化而降低时,珊瑚礁的观测加热可能变得更加严重。 研究结果显示,内波导致的广泛降温表明珊瑚礁有一定程度生存的希望,即珊瑚礁区域至少部分免受气候变化与海洋变暖的影响,以及目前在浅水中广泛观察到的日益频繁的漂白事件的可怕后果影响。内波冷却的地区可能已经成为珊瑚礁免受气候变化严重影响的避难所。然而,由于海洋正在迅速变暖,这种避难所可能只提供短期保护。研究结果还表明,可能有创新的方法来调整内波冷却以保护当地规模的珊瑚礁。对真实的内波上升流的研究表明,人工上升流等主动管理方法可能在局部尺度和尚未被内波自然冷却的地区暂时有效。如果成功地利用人工上升流系统,可想而知,上升流可以减少加热对小规模、高风险珊瑚群落的影响。值得注意的是,珊瑚礁的保护取决于减少温室气体排放,因为内波只能局部化或许暂时的防止气候快速变暖。事实上,解决气候变化的根本原因对珊瑚礁未来的生存至关重要。 在全球范围内,沿海社区依靠珊瑚礁保护海岸线,珊瑚礁的生物多样性有助于水产养殖、旅游业和地方经济的发展。增加对不同地点内波的了解,更好地预测哪些珊瑚礁最有可能受到未来变暖事件的影响,确定潜在的珊瑚礁避难地点,从而有助于加强对受威胁珊瑚礁的管理。 (郭亚茹 编译,於维樱 审校)
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    • 澳大利亚昆士兰大学的研究人员认为,揭开珊瑚和生活在其中的藻类之间关系的秘密,将有助于防止珊瑚白化。 在环境压力下,珊瑚和藻类之间的共生关系一旦破裂,珊瑚就会失去能量来源,发生白化现象。分子生物科学研究所Cheong Xin Chan博士是研究作者之一,他表示目前大多数都是关于珊瑚礁的研究,很少涉及到生活在其中的藻类。对它们共生关系背后的分子机制知之甚少,但如果一开始就不了解它们之间的共生关系,又如何能理解它们关系的破裂呢? Chan博士的团队正在利用基因组数据来寻找增强藻类恢复力和帮助珊瑚适应气候变化的基因。珊瑚内的藻类是鞭毛藻类,是一种浮游植物,一种微小的光合生物,它们自己制造食物,从阳光中获取能量。这个藻类家族非常多样化,有些是有毒的,会导致有害的赤潮爆发,而另一些则会发出生物荧光或生长在海冰中,其中许多是自由生活的。 第一作者Raul González-Pech说,藻类基因组大约是人类基因组的一半,它们拥有我们所见过的一些最奇怪的基因组。人类细胞中有23对染色体,但藻类细胞的DNA紧密结合,我们仍然不知道它们究竟有多少条染色体。 此前的研究都是基于细菌或寄生虫,研究人员预测这些藻类将有类似的进化路径,但遗传数据显示,它们的运作方式与细胞内的其他生物非常不同。早期对基因组的分析结果表明这些藻类可能具有有性繁殖的能力,这可能增强它们适应环境的能力。 研究人员想比较共生和自由生活藻类的基因组,以了解不同生活方式和基因组差异之间的关联性。这将为研究它们与珊瑚的共生关系提供更多线索。鞭毛藻对澳大利亚大堡礁的生存至关重要。研究人员可以利用基因组信息来解决一些基本问题,例如,是什么使这些藻类成功地成为珊瑚礁的共生伙伴,它们如何提高某些珊瑚的耐热性。目前4年时间内研究人员已经对其中9个藻类基因组进行了测序。该研究成果已发表在《生态与进化趋势》(Trends in Ecology & Evolution)杂志上。 (张灿影 编译) 图片源自网络