《不同颜色的珊瑚对高温的适应能力有所不同》

  • 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:2021-03-01
  • 珊瑚礁比地球上任何其他生态系统都拥有更多的生物多样性,并为数百种鱼类和甲壳类动物提供了保护和庇护所。
    但是这些生态系统正在受到威胁。全球压力(例如不断升高的海洋温度)迫使珊瑚白化死亡。其中珊瑚家族Acropora似乎特别容易受到感染,预计将来其数量将减少。由于这些珊瑚是速生植物,所以对珊瑚礁具有重要的结构意义,这尤其令人担忧。研究人员仔细研究了该科中的一种类型Acropora tenuis,该种类有三种颜色形态:棕色、紫色和黄绿色。相关研究成果发表在《G3:基因|基因组|遗传学》(G3:Genes | Genomes | Genetics)上,表明这些颜色形态说明了珊瑚对高温的适应力,并发现了造成这种现象的潜在遗传因素。
    冲绳科技大学院大学(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University,OIST)海洋基因组学负责人Noriyuki Satoh教授提到,珊瑚礁非常美丽,并且具有多种不同的颜色。当他们开始观察A. tenuis的不同颜色变体时,他们注意到,某些变体比其他变体更容易被白化死亡。在2017年夏季,他们看到许多棕色和紫色变色,其中棕色变色的死亡率更高,但黄绿色变色似乎表现出对夏季温度的适应力。
    2020年,Satoh教授和他的合作者解码了A. tenuis基因组,这为这项研究提供了便利,能够使他们研究导致不同形态的遗传基础。Satoh教授解释道,起初,他们认为弹性的差异可能与容纳不同种类共生藻类的珊瑚有关,这些共生藻类为珊瑚进行光合作用,从而为珊瑚提供能量。先前的研究表明,某些共生藻类比其他藻类对气候变化的抵抗力更强。但是当他们观察这三种颜色的变体时,发现它们都容纳着非常相似的藻类。
    鉴于这点,研究小组将注意力集中在了被认为与珊瑚颜色有关的蛋白质的表达水平上。这些蛋白质分为四个不同的组:绿色荧光蛋白(GFP)、红色荧光蛋白(RFP)、青色荧光蛋白(CFP)和非荧光蓝/紫色色蛋白(ChrP)。研究人员研究了每种形态的几种珊瑚中五种GFP、三种RFP、两种CFP和七种ChrP的基因表达水平。
    他们发现绿色变体表达了大量的GFPs,但是研究人员发现,这五个当中有两个水平特别高。更令人惊讶的是,这两种蛋白质在夏季的表达水平甚至更高,这表明它们有助于珊瑚抵御温暖的温度。具体而言,这些蛋白质似乎可以保护共生藻类,这意味着这种颜色变体几乎不会褪色。相比之下,褐色变色的珊瑚表达这两种蛋白质的数量要少得多,在2017年7月和2017年8月间白化了约50%。紫色的形态又有所不同。它几乎不表达任何荧光蛋白,但表达的Chrp含量高得多。具有这种颜色变体的珊瑚的白化水平介于棕色变体的珊瑚和绿色变体的珊瑚之间。
    这项研究表明,珊瑚的颜色形态在很大程度上取决于其对高温的反应。其背后的根本原因,例如绿色荧光蛋白如何保护共生,无疑将成为未来的研究主题。(李桂菊  编译)

  • 原文来源:https://www.oist.jp/news-center/press-releases/colorful-connection-found-coral%E2%80%99s-ability-survive-higher-temperatures
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    • 编译者:liguiju
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    • 珊瑚白化摧毁了大片珊瑚礁,且其现在发生的概率是四十年前的五倍。目前,美国威廉玛丽大学弗吉尼亚海洋研究所的Emily Rivest及其同事使用尖端的基因组技术来研究是否海洋变暖和酸化对珊瑚的影响和其共生藻类的影响会有所不同。该研究发表于《Frontiers in Marine Science》。 研究人员将珊瑚幼虫及其藻类共生体暴露于2100年的较暖和酸化的水体环境中,同时在当前的温度和PH条件下设置对照组。然后它们比较了实验组和对照组的珊瑚和藻类细胞的基因表达差异,研究表明胁迫会显著地改变藻类基因的表达水平。Rivest说:“我们发现共生藻中基因表达的差异比珊瑚中的差异更大,这极为有趣。”研究人员发现在藻类细胞中有89个基因差异表达,而在珊瑚中只有17个基因差异表达。 以前关于珊瑚白化的研究一直存在难点,因为不能分辨遗传片段是来自珊瑚还是藻类共生体。他们通过比较观察到的片段和最近针对每种生物体开发的基因库中的片段,克服了这一挑战。Rivest的团队阐明了珊瑚生命周期中一个重要且脆弱的阶段——幼虫阶段。Rivest称:“我们的结果表明藻类比我们以前认为的更重要——即使在非常早期和关键的生命过程阶段。”该团队的研究发现对理解、监测和保护白化的珊瑚礁具有重要意义。Rivest称:“当我们研究珊瑚白化时,我们将常会通过测量珊瑚的颜色来统计共生体数量。 藻类共生体中含有的光合色素,赋予了珊瑚组织颜色。当珊瑚受到胁迫而失去藻类后,珊瑚便会白化。但是,我们的研究表明,即使珊瑚没有白化,共生体和珊瑚之间的关系可能也是完全不同的。我们需要了解这种共生关系是如何变化的。”如果能识别出一个特定的基因表达信号,或者是活性增强的蛋白质,就可以对珊瑚白化进行预测,从而可以尝试拯救这些珊瑚礁,遮蔽它们,以防止大规模的珊瑚白化。 Rivest认为:“珊瑚白化的最佳解决方案是解决海洋全球变暖的趋势,预警系统不能阻止这些事件的发生,但可以帮助我们减轻损失并帮助珊瑚礁以某种形式存活下来。” (信息转载自中国科学院海洋所《海洋科学快报》2018年第21期)