CRISPR帮助研究人员揭示珊瑚如何适应变暖的海洋

CRISPR / Cas9基因组编辑系统可以帮助科学家了解并可能改善珊瑚如何应对气候变化的环境压力。由菲利普·克莱夫斯(Phillip Cleves)领导的工作-于今年秋天加入卡内基胚胎学系-详细介绍了如何部署具有革命性的诺贝尔奖的技术来指导脆弱珊瑚礁生态系统的保护工作。

克莱夫斯研究小组的发现最近发表在《美国国家科学院院刊》上的两篇论文中。

珊瑚是海洋无脊椎动物，它们构建大量的碳酸钙骨架，并以此构造珊瑚礁。但是，由于珊瑚与生活在单个珊瑚细胞内的各种单细胞藻类之间的互惠关系，这种结构才有可能实现。这些藻类通过一种称为光合作用的过程将太阳的能量转化为食物，它们与珊瑚宿主共享产生的一些营养素，就像付房租一样。

珊瑚礁具有巨大的生态，经济和美学价值。许多社区依靠它们进行食物和旅游。但是，人类活动正在对珊瑚礁造成压力，包括海洋变暖，污染和酸化，这影响了这种共生关系。

克莱夫斯解释说：“特别是，海洋温度升高会导致珊瑚失去藻类，这种现象被称为漂白，因为在没有藻类色素的情况下，珊瑚呈现出幽灵般的白色外观。” “如果没有光合作用提供的营养，珊瑚就会死于饥饿。”

在2018年，Cleves带领团队证明了CRISPR / Cas9基因组编辑在珊瑚上的首次使用。现在，他的团队使用CRISPR / Cas9来鉴定负责调节珊瑚对热应激反应的基因。

首先在海葵Aiptasia中工作的一个团队(包括斯坦福大学的Cory Krediet，Erik Lehnert，Masayuki Onishi和John Pringle)确定了一种蛋白，称为热激因子1(HSF1)，该蛋白可以激活与热应激反应相关的许多基因。 。海葵是与光合藻类具有相似共生关系的近亲珊瑚亲属，但它们生长更快且更易于研究。这些特征使Aiptasia成为在实验室研究珊瑚生物学的强大模型系统。

然后由克莱夫斯领导的团队-包括斯坦福大学的阿曼达·蒂诺科(Amanda Tinoco)和约翰·普林格(John Pringle)，昆士兰科技大学的雅各布·布拉德福德(Jacob Bradford)和迪米特里·佩林(Dimitri Perrin)以及澳大利亚海洋科学研究所(AIMS)的Line Bay –使用CRISPR / Cas9在该基因中产生突变该基因在珊瑚Acropora millepora中编码HSF1，表明其在应对变暖环境中的重要性。没有功能性的HSF1蛋白，当周围水温升高时，珊瑚迅速死亡。

AIMS首席研究科学家贝说：“了解珊瑚耐热性的遗传特征是理解珊瑚的关键，不仅是珊瑚如何自然应对气候变化，而且还要平衡新型管理工具的收益，机遇和风险。”礁恢复，修复和适应小组负责人。

Cleves补充说：“我们的工作进一步证明了如何使用CRISPR / Cas9阐明可用于指导保护的珊瑚生理学方面。这次我们关注的是一个特定的耐热基因，但是还有许多其他机制可以揭示以便真正了解珊瑚生物学并将这些知识应用于保护这些重要社区。”