科学家绘制首个造礁珊瑚细胞图谱 推动了珊瑚礁保护工作的开展

2021年05月12日 10:02 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

海法大学、魏茨曼科学研究所和基因组调控中心(CRG)的研究人员绘制出首个萼形柱珊瑚(Stylophora pistillata)所有不同类型细胞的图谱,这是一种原产于印度太平洋的造礁珊瑚。该研究于周二发表在《细胞》杂志上,是第一个检测到珊瑚中存在特殊免疫细胞的研究。这些发现为珊瑚的分子生物学和进化提供了新的见解,并将有助于目前和未来的保护工作,以保护受到温度上升和海洋酸化威胁的珊瑚礁生态系统。

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该图谱显示,萼形柱珊瑚在其生命周期的三个主要阶段有40种不同的细胞类型。研究人员发现了负责重要生物过程的分子机制,如珊瑚骨架的形成,它是大量海洋物种的栖息地。该小组还发现了珊瑚如何与居住在其细胞内的光合藻类建立共生关系。

研究人员还惊讶地发现了专门的免疫细胞的存在,它们采用了许多通常与脊椎动物的免疫细胞功能相关的基因。以前人们认为先天免疫力在保护藻类共生体的健康以及对温度上升和酸化的适应性方面发挥着着作用,但直到现在,在珊瑚中还没有关于专门免疫细胞的报道。

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据该研究的作者之一、海法大学的研究员Tali Mass博士说:“珊瑚礁在海洋的生态系统中发挥着至关重要的作用,因为它们为海洋中大约25%的动物提供了栖息地,并构建了世界上最大的生物结构。海水变暖和酸度上升对珊瑚礁的未来构成了威胁,相应地,我们所完成的基因测序对珊瑚礁的生存和海洋的未来极为重要。”

据该研究的共同作者和CRG的组长Arnau Sebe Pedrós称:“我们的工作系统地定义了珊瑚细胞的分子生物学。这个细胞图谱将有助于更好地了解珊瑚对温度升高和海洋酸化的反应,甚至最终可能有助于设计干预措施,以提高我们仍然剩下的珊瑚礁的复原力。这项工作也是一个很好的例子,说明单细胞基因组学技术正在彻底改变我们对动物生物多样性和进化的理解,弥合了基因组和生物体之间的差距。”

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研究人员通过使用一种叫做单细胞RNA测序的方法来测量每个细胞的基因表达,从而建立了细胞图谱。在研究中,单细胞RNA测序几乎只限于可以在实验室条件下生长的物种。由于造礁珊瑚很难在实验室条件下生长,以色列的研究人员在埃拉特湾收集了处于生命周期不同阶段的珊瑚,然后将它们运到魏兹曼研究所和巴塞罗那的CRG进行测序和分析。这项研究是为数不多的在野外采样的物种中进行单细胞分析的研究之一。

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造礁珊瑚是许多珊瑚礁的基础物种。它们以游泳的幼体开始其生命,然后分散并定居为多角体。多角体迅速建立一个富含蛋白质的基质,形成碳酸钙骨架,最终发展成由许多单独的多角体组成的栖息成体。造礁珊瑚群是种类繁多的海洋物种的主要栖息地,这就是珊瑚礁被认为是海洋的雨林的原因。

造礁珊瑚通过与生活在其细胞内的光合藻类形成共生关系而生活在热带海域。藻类为细胞提供光合作用的产品,而细胞又为藻类提供碳。这种共生关系维持了珊瑚生长和繁殖的高能量需求,包括其骨架的生产。

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在过去的几十年里,全世界的珊瑚礁都在减少。这种下降的主要驱动力是海洋温度的上升和酸化,这直接影响了珊瑚的共生关系,导致珊瑚白化,即珊瑚将生活在其组织中的藻类排出,并通过降低钙化率影响骨架的形成。

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