CRISPR помогает раскрыть механизмы адаптации кораллов к потеплению океанов
Система редактирования генома CRISPR/Cas9 помогает учёным понять, а возможно, и улучшить реакцию кораллов на стрессы, вызванные изменением климата. Работа под руководством Филиппа Кливса, недавно присоединившегося к отделу эмбриологии Института Карнеги, показывает, как эта революционная, отмеченная Нобелевской премией технология может быть использована для сохранения хрупких рифовых экосистем.
Результаты исследований команды Кливса были опубликованы в двух статьях в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Кораллы — это морские беспозвоночные, которые строят обширные скелеты из карбоната кальция, формируя рифы. Однако это возможно только благодаря взаимовыгодным отношениям между кораллом и различными видами одноклеточных водорослей, живущих внутри отдельных коралловых клеток. Эти водоросли преобразуют энергию Солнца в пищу посредством фотосинтеза и делятся частью питательных веществ с кораллом-хозяином.
Коралловые рифы имеют огромную экологическую, экономическую и эстетическую ценность. Однако деятельность человека, включая потепление океанов, загрязнение и закисление, создаёт нагрузку на рифы и влияет на этот симбиоз.
«В частности, повышение температуры океана может привести к потере кораллом водорослей — явлению, называемому обесцвечиванием. Без питательных веществ от фотосинтеза коралл может погибнуть от голода», — пояснил Кливс.
В 2018 году команда Кливса впервые применила CRISPR/Cas9 для редактирования генома коралла. Теперь его группы использовали CRISPR/Cas9 для идентификации гена, ответственного за регуляцию реакции коралла на тепловой стресс.
Исследование на актинии Aiptasia
Одна команда, включая учёных из Стэнфордского университета, работала с актинией Aiptasia — близким родственником кораллов, имеющим схожий симбиоз с водорослями, но более удобным для лабораторных исследований. Они идентифицировали белок Heat Shock Factor 1 (HSF1), который активирует множество генов, связанных с реакцией на тепловой стресс.
Исследование на коралле Acropora millepora
Другая группа под руководством Кливса использовала CRISPR/Cas9 для создания мутаций в гене, кодирующем HSF1, у коралла Acropora millepora. Это продемонстрировало критическую важность данного белка для выживания в условиях потепления: кораллы с нефункциональным белком HSF1 быстро погибали при повышении температуры окружающей воды.
Значение для сохранения рифов
«Понимание генетических особенностей термоустойчивости кораллов — ключ не только к прогнозированию их естественной реакции на изменение климата, но и к оценке новых инструментов управления», — отметила Лайн Бэй из Австралийского института морских наук (AIMS).
Кливс добавил: «Наша работа показывает, как CRISPR/Cas9 можно использовать для изучения физиологии кораллов в целях их сохранения. Мы сосредоточились на одном гене термоустойчивости, но предстоит раскрыть ещё множество механизмов, чтобы по-настоящему понять биологию кораллов и защитить эти важные сообщества».