导读

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。相关研究成果近日发表于Science合作期刊Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 上。

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1 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。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/olar.0041

文章标题：Amplification of Immune Genes in Ancient Stony Corals for Adapting to Unstable Marine Environments

文章作者：Tianzhen Wu, Yanli Lei, Zhimin Jian

文章摘要：

The Late Devonian period was known for disturbances such as lower temperatures and abnormal ocean carbon and nitrogen levels, leading to the extinction of approximately 21% of genus-level and 16% of family-level marine organisms. However, evolutionary responses of marine organisms to hardships have not yet been fully explored, even though these organisms may soon face another extinction event. Stony corals, one of the few marine organisms that survived the Late Devonian Period, may provide some insight into the adaptive evolution mechanism underlying survival in unstable marine environments. The current study revealed that the gene families related to signal transduction and immunity, such as G protein-coupled receptors and Toll-like receptors, expanded in stony coral ancestors (SCAs), possibly improving the efficiency of stress and immune responses and maintaining internal environmental homeostasis. Interestingly, the first horizontal gene transfer event of MSHA from actinomycetes to corals and the subsequent expansion in SCAs were discovered. MSHA encodes D-inositol 3-phosphate glycosyltransferase, which is naturally found in actinomycetes and is responsible for the synthesis of mycothiol with antibacterial properties. The MSHA family members diverged throughout the development of stony corals, but their essential function in glycosyl transfer remained unchanged. Therefore, the evolutionary history of ancient coral shows that efficient signal transduction and increased immunity may have driven the survival of SCAs throughout the Late Devonian period, which may provide new insights into how current corals avoid extinction.

文章引用：

Tianzhen Wu, Yanli Lei, Zhimin Jian. Amplification of Immune Genes in Ancient Stony Corals for Adapting to Unstable Marine Environments. Ocean-Land-Atmos Res. 2024;3:0041.DOI:10.34133/olar.0041

作者简介

吴田振 博士研究生（第一作者）

中国科学院海洋研究所2022级博士研究生，主要开展珊瑚的系统发育以及适应性演化研究。

类彦立 研究员（通讯作者之一）

中国科学院海洋研究所研究员、博士生导师，主要从事海洋生物多样性与全球变化以及国际标准化研究。开展了中国近海到深远海钙质微体生物有孔虫多样性演化、珊瑚基因演化与海洋环境变化关系研究。担任国际标准化组织/船舶与海洋技术/海洋技术ISO/TC8/WG15海洋负排放与碳中和工作组全球召集人，主持制定了一系列国家级标准和我国第一部海洋调查的国际标准ISO 23040:2021。

Email：leiyanli@qdio.ac.cn

OLAR 期刊简介

Ocean-Land-Atmosphere Research (OLAR) 由南方海洋实验室和美国科学促进会合作出版，入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目、2024年度广东省高起点英文期刊创办项目，海洋负排放国际大科学计划（Ocean Negative Carbon Emissions, ONCE）学术出版合作平台，已被Scopus, Directory of Open Access Journals (DOAJ) 等15个数据库收录。本刊以海洋相关学科为重点，刊稿主题包括但不限于：海陆气相互作用、海洋碳中和、物理海洋学、海洋生物与生态、海洋地质与地球物理、化学海洋学、海洋气象学、大气物理与大气环境、冰冻圈科学、河口海岸学、海洋工程与海洋技术、海洋资源开发与利用。分享卓见，探索前沿，OLAR 诚邀您一起荟萃科学发现，共享学术盛筵！

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