《基因干预或可提高珊瑚对海洋变暖的抵抗力》

  • 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:2020-06-01
  • 2016年、2017年和2020年,严重的海洋热浪使大堡礁珊瑚大面积死亡,造成其后代减少近90%。较低的自然恢复能力以及适应速度,导致珊瑚无法跟上气候变化的步伐。即使采取了强有力的二氧化碳减排措施,水温仍将较长时间持续升高,并继续对珊瑚生存产生负面影响。人们需要采取措施来保护珊瑚。

    澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)最近发布的《珊瑚礁恢复和适应计划概念可行性研究》(“Reef Restoration and Adaptation Program Concept Feasibility Study”)报告中提到,在建议进一步研究的43种干预措施中,基因组学方法(也被称为“辅助进化”)可以被用于了解和提高珊瑚的耐热性及抗白化能力。

    选择性育种

    珊瑚存在天然的多样性,能在白化中存活下来的部分原因是其基因对白化的敏感度和耐热性的支持。“辅助基因流动”有助于那些耐受性基因在海区间移动,加快易受影响种群的自然适应率。

    研究表明,与双亲样本均来自较冷珊瑚礁的珊瑚相比,至少有一个亲本来自北方、自然温度较高的珊瑚在较高温度下存活的可能性提高了26倍。此外,如果在大规模的水产养殖设施中进行杂交繁殖和繁殖,那么会对耐受性较差的种群和珊瑚礁的健康变化产生显著影响。

    另一种提高珊瑚耐热性的技术是通过选择性繁殖不同物种的珊瑚品种进行杂交。实验发现,与现在和模拟的未来海洋条件下的纯种相比,杂交种的生长率、存活率和补充率相等或更高。

    定向进化

    微藻生活在珊瑚细胞内,通过光合作用为珊瑚提供大部分营养。通过在实验室内的高温条件下培养微藻,将微藻的耐热性提高。经过4年,即大约120代的定向进化后,我们将热进化的微藻重新引入到珊瑚幼虫中,发现带有热进化藻类共生体的珊瑚幼虫比未改造的珊瑚幼虫具有更强的热耐受性。这项技术有利于保护珊瑚的多样性,因为热进化微藻可以与各种不同的珊瑚物种形成共生关系,在热环境中为珊瑚提供营养。

    下一步研究计划

    上述干预措施可能存在风险,需要进行风险评估。下一步研究将提供关键数据,以评估在大堡礁实施“辅助进化”的长期可行性,并更好地了解这些管理干预措施的两面性。

    (刘雪雁 编译)

  • 原文来源:https://www.aims.gov.au/news-and-media/how-genetic-interventions-can-increase-resistance-corals-warming-oceans
相关报告
  • 《研究发现白化事件能增强珊瑚礁的高温抵抗力》

    • 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:mall
    • 发布时间:2019-01-02
    • 随着全球变暖影响的不断增强,珊瑚礁的未来充满不确定性。然而,发表在《自然气候变化》(Nature Climate Change)期刊上的一项研究显示,大堡礁在2017年对极端温度的白化反应与一年前相比明显不同:2016年发生白化并存活下来的珊瑚对2017年的高温条件具有更强的抵抗力。 詹姆斯库克大学(James Cook University)的澳大利亚珊瑚礁研究委员会英才中心(Coral CoE)主任、该研究的主要作者Terry Hughes教授解释:“2016年,大堡礁北部损失了数百万珊瑚,而大部分幸存下来的都是更顽强的物种。白化导致珊瑚礁物种的杂交情况正迅速改变。2017年的气温条件比前一年更加极端,但我们惊讶地发现白化现象减少了。2017年的结果取决于一年前所经历的情况,我们称之为‘生态记忆’。” 二十年来,持续不断的热浪导致大堡礁发生了四起(1998、2002、2016和2017年)白化事件。科学家们发现自1998年以来,只有7%的大堡礁完全没有白化,2017年之后,61%的珊瑚礁至少发生过一次白化。 美国国家海洋与大气管理局(NOAA)珊瑚礁观察项目的论文合著者Mark Eakin博士说:“大堡礁北部的珊瑚在2016年遭受了最大的热应力。一年后,中部地区经历了最长的加热期。” 而大堡礁南部区域由于这两年天气比较凉爽,只有少量珊瑚礁发生白化。 “大堡礁是全球最的大珊瑚礁系统,珊瑚总量占全世界三分之二。我们从来没见过连续两个夏天接连发生大规模白化事件,导致近一半的珊瑚死亡。下次发生大规模白化事件只是时间问题,最糟糕的可能是那些南部的珊瑚死于未来某一次白化事件。”合著者Andrew Hoey博士说。 Hughes教授强调:“我们需要在温室气体排放方面采取紧急的全球行动,以拯救全世界的珊瑚礁。澳大利亚应该——但遗憾的是并没有——站在应对全球变暖的前列。” (刘雪雁 编译)
  • 《研究发现遗传途径可以提高珊瑚的存活率》

    • 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
    • 美国得克萨斯大学阿灵顿分校的三位研究人员最近有一项突破性的进展,可以提高珊瑚礁在迅速变暖和充满疾病的海洋中的生存能力。在《英国皇家学会会刊》(Proceedings of the Royal Society)发表的论文中,科学学院生物系的Bradford Dimos、Laura Mydlarz和Mark Pellegrino报告了他们对濒临灭绝的珊瑚物种中线粒体未折叠蛋白反应的鉴定。细胞应激反应促进线粒体蛋白质的内平衡,自由基排毒和先天免疫。但先前研究并不知道它在珊瑚中是否存在。 生物学助理教授Pellegrino表示,通过实验室的反应途径诱导出靶基因,这种靶基因主要用作患病和受到威胁的珊瑚的生物标志物。Pellegrino是线粒体和细胞生物学方面的专家,从未研究过珊瑚。而Mydlarz专注于珊瑚免疫,在两人的讨论中,他们假设调查珊瑚中线粒体未折叠的蛋白质反应可能与保护珊瑚礁有关,实验证明了这一点。 本次研究是一项真正的跨领域研究,Pellegrino提供实验工具,而Mydlarz提供数据支持,而Bradford凭借他在研究线粒体方面的经验,确定了整个项目的调查方向和内容。他们发现的基因是一个“主要调节因子”,可以解锁并调节数百个其他基因。这个“主要调节因子”是具有广泛影响的单一目标。这是在采取任何干预措施以更有效地保护珊瑚方面向前迈出的一大步。 Pellegrino指出,该团队计划在模型生物体中测试遗传途径,以确定新发现的基因是否能够抵御珊瑚在海洋中面临的热应激和感染。在这条路径中的很多基因都参与保护线粒体,除了防止热应激外,这种应激反应途径还可能通过其调节先天免疫的作用来预防感染。珊瑚构不仅具有重要的生态意义,也具有重要的经济价值。了解这种基因的存在与否,意味着我们有可能确定珊瑚在出现死亡或漂白之前是否经历过压力。预测珊瑚生存的能力将有助于科学家和环保主义者分配资源,并确定哪些物种优先考虑环境越来越不稳定。这一突破将如何帮助我们保护重要珊瑚礁生物,以确保生物多样性。 (李亚清 编译) 图片源自网络