珊瑚礁可以设计为免疫力吗？基因研究正在加勒比地区确定抗病超级珊瑚

东北科学家史蒂文·沃尔默（Steven Vollmer）目睹了加勒比海几乎消灭鹿角珊瑚群落的疾病爆发，他想知道一些孤独的幸存者可以为珊瑚礁的未来提供什么教训。

是否有可能通过基因组成来识别抗病珊瑚？

如果为水下珊瑚苗圃专门选择更坚韧的类型，结果会是更健康的珊瑚礁系统吗？

Vollmer的新研究肯定地回答了第一个问题。

他在9月29日出版的印刷版《科学》（Science）上发表的报告确定了来自佛罗里达州和巴拿马的数十种鹿角基因型，这些基因型对疾病具有抗性和高度抵抗力。

这一发现是否转化为专为免疫而设计的珊瑚礁还有待观察 – 但Vollmer希望情况会如此。

就目前而言，在水下苗圃种植珊瑚的农民，例如佛罗里达州珊瑚恢复基金会的苗圃，“可能正在养殖100种基因型，但他们不知道哪种珊瑚表现更好。他们不知道谁具有高度抗病性和高度易感性，“Vollmer说。

“我们可以高精度地告诉你哪些是抗病的，只需使用10个基因变异。这是科学论文的主要内容。

杀死加勒比珊瑚的隐形疾病

世界各地的人们都熟悉并关注海洋温度上升导致珊瑚“热漂白”以及印度洋、大堡礁和太平洋珊瑚礁的丧失。

“这是一个全球性问题，”马萨诸塞州纳汉特东北大学海洋科学中心海洋与环境科学副教授Vollmer说。

但就在科学家和环保主义者的眼皮底下，一种被称为白带病的隐形细菌感染蔓延到加勒比海，几乎消灭了两种标志性的珊瑚，鹿角珊瑚和相关的麋鹿角珊瑚。

两种珊瑚都生长在茂密的灌木丛中，类似于鹿角，麋鹿角的顶部分布更广。

“它们是加勒比地区最常见的两种主要浅水珊瑚，”Vollmer说。“白带病消灭了他们。

Vollmer说，1979年在圣克罗伊岛首次注意到珊瑚在通过珊瑚分支时变成白色的疾病，但在1980年代初基本上没有记录在案。

“人们没有很好地记录损失，”他说。“所以到80年代末，到90年代，我们失去了加勒比海地区95%的鹿角珊瑚和麋鹿角珊瑚，”沃尔默说。

这场危机导致了珊瑚养殖的发展，特别是在佛罗里达州海岸附近 – 珊瑚树枝被分解，碎片生长在看起来像水下树木的框架上。

摄影：Matthew Modoono/东北大学 摄影：Matthew Modoono/东北大学 摄影：Matthew Modoono/东北大学

“作为一名珊瑚遗传学家，我感到震惊的是，人们并没有真正询问仍然存活的残余鹿角珊瑚种群是否具有高度的抗病性或疾病易感性，”Vollmer说。

佛罗里达 vs巴拿马

因此，他决定用佛罗里达州珊瑚恢复基金会提供的50种鹿角珊瑚基因型和巴拿马的50种鹿角珊瑚基因型进行测试，他在那里与史密森尼热带研究所合作。

这项研究分为两个阶段，由国家科学基金会资助。

一个是传播阶段，涉及使珊瑚遭受多达五剂白带病。那些在五次感染后仍然活着的人被标记为“高度抗病”。

此外，由Vollmer领导的科学家对珊瑚进行了全基因组测序，以鉴定其基因组中的所有遗传变异。

摄影：Matthew Modoono/东北大学

从左

到右：博士生Emily Trytten加载凝胶进行凝胶电泳，以检查DNA是否成功提取。

最后，他们确定了33种基因型 – 19种来自佛罗里达州，14种来自巴拿马 – 显示出抗病性，而15种基因型 – 9种来自佛罗里达州，6种来自巴拿马 – 具有高度抗病性或超级珊瑚。

另外31种基因型 – 17种来自佛罗里达州，14种来自巴拿马 – 具有低于平均水平的抗病性，而15种基因型 – 7种来自佛罗里达州，8种来自巴拿马 – 在白话中得分为高度易感疾病。

Vollmer说，在确定在苗圃中储存哪些珊瑚基因型时，需要考虑其他因素 – 例如每个珊瑚的生长速度和耐热性。

但是，随着“成千上万的”珊瑚被用来重建被摧毁的佛罗里达珊瑚礁，告知珊瑚农民哪些是抗病的，哪些不是应该有助于恢复过程，Vollmer说。

未知病原体

人们对白带病知之甚少，只知道它是由一种细菌病原体引起的，这种病原体可以被抗生素和群体感应抑制剂捕获。

“一些假定的病原体已被确定，但我们不知道是什么细菌导致这种疾病，”Vollmer说。

白带病以裸露的白色珊瑚骨架命名，当病变组织斑块拉开时，该骨架仍然存在。

珊瑚可能看起来像岩石或植物，但它们实际上是与海葵有关的动物，Vollmer说。

珊瑚群由数千种称为息肉的小动物组成，它们使用刺痛的触手捕获猎物。Vollmer说，造礁珊瑚与光合藻类形成特殊的共生关系，以糖的形式为珊瑚动物提供食物。

这种共生关系会使珊瑚遭受热漂白，当水温上升对珊瑚施加太大压力时，它会将提供营养的藻类从其组织中排出，导致珊瑚完全变白。

耐热漂白性——是一回事吗？

海水温度上升可能与白带病有关，Vollmer说。

“如果你考虑疾病是如何工作的，压力往往使个人更容易感染疾病。珊瑚的一大压力源是温度压力，“他说。

“我们的下一个NSF资助实际上将探索抗病性和耐温性之间的联系。它们是同一组基因吗？它们是不同的基因集吗？

Vollmer说，帮助珊瑚在气候变化中生存对于形成缓冲波浪作用，支持鱼类种群并带来旅游收入的珊瑚礁非常重要。

他说，珊瑚礁拥有热带雨林之外最多样化的生态系统。

“当你看到珊瑚礁时，看起来像岩石的东西实际上是从活着的或以前活着的珊瑚中吸积的珊瑚骨架，”Vollmer说。“没有珊瑚就没有珊瑚礁。

辛西娅·麦考密克·希伯特是东北全球新闻记者。[email protected] 给她发电子邮件，或在推特上@HibbertCynthia联系她。