《珊瑚恢复力的遗传学新发现》

  • 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:2023-10-18
  • 在过去的50年里,全球珊瑚礁复原力遭受巨大打击,例如美国从佛罗里达州延伸到整个加勒比海,包括鹿角珊瑚(A.cervicornis)和榆角珊瑚(Acropora palmata)在内的分支珊瑚Acropora属经历了大范围的衰退。20世纪70年代末开始,由于海洋变暖、飓风和白带病 ,Acropora珊瑚物种发生区域性死亡。
    当前,为了恢复岌岌可危的珊瑚礁生态系统,美国佛罗里达每年培育数以万计的珊瑚礁幼苗。大型珊瑚礁恢复计划预测,要在70英亩(约0.3平方公里)的礁体上恢复珊瑚覆盖率,需要外植大约十万-百万个珊瑚幼苗 。鹿角珊瑚(A. cervicornis)因其易于生长繁殖的特性,是最为常见培育物种。然而,由于全球海洋变暖、极端气候以及白带病的持续爆发,使包括佛罗里达州在内的珊瑚礁培育陷入重重困境。珊瑚白带病是一种由不明病原体导致的细菌性疾病,病理主要表现为组织坏死的白带从珊瑚底部扩展到顶部,直至珊瑚死亡,是鹿角珊瑚面临的重大威胁。
    Vollmer et al.(2003) 通过传播实验和新基因组对佛罗里达(育苗珊瑚)和巴拿马(野生珊瑚)的鹿角珊瑚76个混合基因型种群进行了全基因组关联研究,确定了与疾病抗性相关的10个基因组区域和73个单核苷酸多态性(SNP),发现了导致基因蛋白质编码变化的4个抗病性SNPs。这项基因鉴定不仅提供了有效抗病途径,还有助于了解珊瑚免疫反应过程的重要信息。
    大量生物分子库(omics)数据被广泛应用于珊瑚健康与疾病研究 。然而,omics在有效区分免疫反应、炎症反应及组织损伤方面存在不足。Vollmer et al.(2003)发现的控制溶酶体、囊泡运输调节以及内吞作用的基因在珊瑚疾病反应中都起着关键作用。了解这些特定基因的突变有助于提高珊瑚抗病能力,同时促进对珊瑚免疫系统的认识。
    珊瑚抗病性生物标志物鉴定可引入应对白化疾病和气候风险的干预措施,推动珊瑚礁种群复原力研究,是开展恢复工作的唯一有效途径。在珊瑚健康面临深刻威胁的情况下,只注重种群的遗传多样性恢复,而忽略整合抗病性特征,是无法从根本上促进珊瑚礁生态系统可持续发展的。根据这一点,Vollmer et al.(2003)在保持遗传多样性的同时,通过遗传筛选选择出加勒比地区鹿角珊瑚抗病基因,并用于提高雀花礁植野生和苗木的抗病性研究,为鹿角珊瑚这一极度濒危物种的生存带来了希望。
    抗病性与其他关键指标(如耐热性、繁殖和存活率等)的耦合关系是珊瑚礁复原力探索中的重要一环。未来,在Vollmer et al.(2003)工作的基础上,进一步探究抗病基因的可繁殖性、耐热性以及抗应激性与提高珊瑚礁恢复力相关性有待加强。当前,对鹿角鱼体内抗病性与其他指标权衡的研究还没有报道 。然而,在其他珊瑚物种中,抗病性与耐热性之间的权衡已有记录  。此外,珊瑚疾病是宿主、微生物和环境之间的复杂相互作用的结果,因此,在发现宿主的抗病性的同时,还需要考虑其他因素的贡献。尤其重要的是,要确定环境条件(如温度)如何与遗传学相互作用,从而影响其抗病性。
    (熊萍 责编)

  • 原文来源:https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adk2492
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