《Science》文章：石珊瑚祖先对恶劣海洋环境的分子适应

摘要

石珊瑚，作为珊瑚礁生态系统中的重要组成部分之一，在人类活动影响下正面临着数量不断减少的困境。探究古老的珊瑚类群是如何在以往的灭绝事件中适应并存活下来可以增强我们对当下珊瑚命运的理解。本研究利用基因组学方法揭示了免疫、信号转导和神经通路相关基因的水平转移或扩张是石珊瑚祖先适应泥盆纪晚期恶劣海洋环境的潜在分子进化基础，为海洋生物如何在逆境中生存提供了新的见解。

研究结果

当下气候变化导致的海洋环境扰动越来越严重，对环境敏感的海洋生物首当其冲。对海洋生物在基因层面上适应恶化的海洋环境的探究可以促进我们对海洋生物生存的预测、对物种保护提供理论支撑。石珊瑚在珊瑚礁生态系统中扮演着重要的角色，但在持续的气候变暖背景下逐渐消失。而珊瑚类群在地质历史中经历了多次珊瑚危机却能够幸存下来，这提示了它们在特殊时期具有对恶劣海洋环境的适应性演化，尤其是石珊瑚祖先起源之后的泥盆纪大灭绝。

图6 MSHA基因在珊瑚类群进化过程中的水平基因转移和扩张。进化支的颜色代表MSHA基因的数量，趋于红色时则数量减少，趋于蓝色时则数量增加。

本研究基于多基因分析，揭示了石珊瑚祖先扩张的基因家族以寻找它们适应泥盆纪晚期恶劣海洋环境的分子演化基础。研究发现与免疫、信号转导和神经通路相关基因家族在石珊瑚祖先发生了扩张，这可能提高了石珊瑚祖先的应激和免疫响应效率。有趣的是，该研究发现一种天然存在于放线菌中的糖基转移酶的蛋白编码基因MSHA从放线菌水平转移至是珊瑚祖先中，然后在石珊瑚祖先中发生扩张。Motif与关键位点分析表明其功能的保守性，该酶负责合成的霉硫醇分子具有抗菌特性，推测该基因的水平转移与扩张可能增强了石珊瑚祖先的免疫水平以抵御泥盆纪晚期恶劣的海洋环境。

总结与展望

该研究揭示了泥盆纪晚期石珊瑚祖先适应恶劣海洋环境的潜在分子进化基础，强调了免疫相关基因MSHA的扩张在适应变化的海洋中的重要性。在海水变暖、酸化等环境与生物因素的胁迫下，珊瑚能否在未来继续存活取决于其是否适应变化的外周环境。基于该进展，未来可利用多组学的手段对不同珊瑚物种的免疫基因集进行全方位的比较，得到种间免疫力差异，从而针对不同物种制定科学保护策略。

来源：Science、OLAR海陆气研究