CRISPR/Cas9揭示了一个参与珊瑚骨骼形成进化的关键基因

卡内基的PhillipCleves领导的一项新工作使用尖端的 CRISPR/Cas9 基因组编辑工具揭示了一个对石珊瑚构建珊瑚礁结构能力至关重要的基因。它发表在 国家科学院院刊上。

石珊瑚是构成大型骨骼的海洋无脊椎动物，构成了珊瑚礁生态系统的基础。这些生物多样性热点是大约四分之一已知海洋物种的家园。

“珊瑚礁具有巨大的生态价值，”克莱夫斯说。“但由于人类活动，它们正在减少。我们排放到空气中的碳污染既使海洋变暖——导致致命的白化事件——也改变了海水化学——导致海洋酸化，阻碍了珊瑚礁的生长。”

随着时间的推移，通过燃烧化石燃料释放到我们大气中的过量二氧化碳被吸收到海洋中，在那里它与水反应形成一种酸，这种酸会腐蚀珊瑚、贝类和其他海洋生物。

石珊瑚很容易受到海洋酸化的影响，因为它们通过吸收碳酸钙来构建骨骼，这一过程称为钙化，随着周围水域 pH 值的降低，钙化变得越来越困难。由于珊瑚骨架形成在建造珊瑚礁中的重要性，一个主要的研究重点是了解控制这一过程的基因以及它是如何在珊瑚中进化的。

多年来，Cleves 的实验室一直使用获得诺贝尔奖的 CRISPR/Cas9 技术来识别细胞和分子过程，以帮助指导珊瑚保护和恢复工作。例如，他们之前揭示了一个对珊瑚如何应对热应激至关重要的基因——这些信息可能有助于预测珊瑚将如何处理未来的白化事件。

现在，他的团队——包括卡内基的 Amanda Tinoco——使用基因组编辑工具来确定一个叫做 SLC4γ 的特定基因是年轻珊瑚群落开始构建骨骼所必需的。它编码的蛋白质负责跨细胞膜转运碳酸氢盐。有趣的是，SLC4γ 仅存在于石珊瑚中，而不存在于它们的非骨骼形成亲属中。总之，这些结果表明石珊瑚使用新基因 SLC4γ 来进化骨骼形成。

“通过将尖端分子生物学技术应用于紧迫的环境问题，我们可以揭示决定重要生态特征的基因。” 克利夫斯总结道。“通过开发这些遗传工具来研究珊瑚生物学，我们可以大大提高我们对它们生物学的理解，并学习如何为这些脆弱的社区开展成功的保护工作。”

今年早些时候，克利夫斯被皮尤慈善信托基金会选为 2023 年皮尤海洋保护奖学金的七位获得者之一，也是第一位获得该组织海洋和生物医学科学奖学金的研究人员。该计划支持应用生物医学科学中更常用的技术或技术来加强海洋保护的研究。

该研究的其他合著者包括卡内基的 Lorna Mitchison-Field、昆士兰科技大学的 Jacob Bradford 和 Dimitri Perrin、斯坦福大学的 Christian Renicke 和 John Pringle，以及澳大利亚海洋科学研究所的 Line Bay。