科学家们研究出珊瑚中抗暖化的基因,希望借此基因编辑珊瑚以抵抗气候变迁

上升中的海洋温度对全世界的珊瑚礁造成了严重威胁,导致了大量的白化事件,进而杀死了广大海洋生态系统中的生物。然而,有些珊瑚似乎不介意杀死其邻居们的热水,这让科学家们思考某些特殊基因正帮忙这些特殊珊瑚来抵抗热。

高温海水冲击

在2016 年,澳洲气象局(Bureau of Meteorology)在世界上最大的珊瑚礁系统大堡礁(Great Barrier Reef)附近记录到史上最热的海洋温度。热浪持续了数周,导致了史上最糟的白化事件。将近30% 的珊瑚因此死亡。

当水温变得过于温暖,珊瑚会逐出住在它们组织中的有益藻类。藻类不仅给予珊瑚鲜明的色彩,也会制造珊瑚生存所需的重要营养成分。若没有藻类,珊瑚会变白且更容易受到疾病影响。白化也会阻碍它们的成长、以及它们繁衍的能力。

因为气候变迁而上升的温度也造成了更多的珊瑚白化以及大量生物死亡。珊瑚礁是大约25% 海洋物种在其生命周期中某个时期的家,且能够保护沿海地区避免风暴及腐蚀,并提供当地社群工作机会。

为了拯救珊瑚礁避免崩毁,科学家们正努力了解为何有些珊瑚可以存活,而其他不行。令科学家们最感兴趣的是隐藏在珊瑚存活背后的基因。现在,在美国华盛顿卡内基研究所(Carnegie Institution for Science)的科学家们揭开了负责这种能力的基因,且某些科学家计画将抗热的基因植入珊瑚中,目的是为了在气候变迁持续进行当下,让珊瑚礁仍保持繁盛。

科学家们研究出珊瑚中抗暖化的基因,希望借此基因编辑珊瑚以抵抗气候变迁插图1

耐热基因

然而,在科学家们甚至可以开始探索珊瑚的基因码之前,科学家必须要先努力取得珊瑚受精卵。珊瑚一年只会产卵一次,且会在满月时期的夜间,于特定的水温下大量排出精子与卵子以进行受精。过去几年来,科学团队为了每年的排卵而往来于澳洲大堡礁,以收集新受精的卵来用于CRISPR 的实验中。

在实验室中,科学团队使用细针来将CRISPR 注射至受精的珊瑚卵中。他们使用CRISPR 将在其他有机体中被认为扮演热反应关键角色的基因给移除。接着,他们让受精卵发展,并让珊瑚幼虫暴露在不同温度的水中。

基因编辑过的幼虫在摄氏27 度的水中存活地相当好,但当研究人员将水温上升到摄氏34 度时,幼虫很快就死了。相比之下,未被基因编辑过的幼虫在较温的水中也存活的很好,暗示该基因对于忍耐热很必要。此基因名为HSF1,之前并不知道其参与珊瑚礁中的热反应。

此最新研究显示基因编辑可以用来删除基因并研究此消失基因的效果。研究的主要作者,卡内基研究所的菲利浦·克雷夫博士(Phillip Cleves)表示:「具有从珊瑚身上移除基因的能力可以让我们对基因在珊瑚中做什么进行编目。这个基础知识会帮助我们了解珊瑚存活于气候变迁中的倾向性、以及参与其中的生物机制。」

法律上难题

这项研究也开启了将耐热基因注入珊瑚中的大门。虽然克雷夫博士对于制造基因工程珊瑚并不感兴趣,但是他的一些合作者有。去年,并未参与该研究的珊瑚遗传学家麦德琳·范欧彭教授(Madeleine van Oppen)就在探索使用CRISPR 来制造混合珊瑚。这些混合珊瑚具有来自不同珊瑚物种的特征,也就是能够更佳地忍受较高的温度。

不过问题是,在现行的澳洲法律下,科学家的计画是违法的,因为澳洲法律禁止CRISPR。范欧彭教授表示:「即使非常适切地将改变过的受精卵释放到环境中,仍会面临很严格的监管及公众的监督。」

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