CRISPR/Cas9 раскрывает ключевой ген, участвующий в эволюции формирования скелета кораллов
Новое исследование под руководством Филиппа Кливса из Института Карнеги с использованием передовых инструментов редактирования генома CRISPR/Cas9 выявило ген, критически важный для способности мадрепоровых (каменистых) кораллов строить свои рифовые структуры. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Мадрепоровые кораллы — морские беспозвоночные, которые строят крупные скелеты, формирующие основу рифовых экосистем. Эти очаги биоразнообразия являются домом для примерно четверти известных морских видов.
Рифы имеют огромную экологическую ценность, но находятся в упадке из-за деятельности человека. Углеродное загрязнение, попадающее в атмосферу, приводит как к потеплению океанов (вызывая фатальное обесцвечивание), так и к изменению химии морской воды (вызывая закисление океана, которое препятствует росту рифов).
Мадрепоровые кораллы уязвимы к закислению океана, поскольку строят свои скелеты путем аккреции карбоната кальция (процесс кальцификации). Этот процесс становится все более трудным по мере снижения pH окружающей воды. Основное внимание в исследованиях уделяется пониманию генов, контролирующих этот процесс, и его эволюции у кораллов.
Лаборатория Кливса несколько лет использует технологию CRISPR/Cas9 для выявления клеточных и молекулярных процессов, которые могут помочь в сохранении и восстановлении кораллов. Ранее они выявили ген, критически важный для реакции коралла на тепловой стресс.
Теперь команда, включая Аманду Тиноко из Института Карнеги, с помощью инструментов редактирования генома определила, что конкретный ген SLC4γ необходим молодым колониям кораллов для начала строительства скелетов. Кодируемый им белок отвечает за транспорт бикарбоната через клеточные мембраны. Интересно, что SLC4γ присутствует только у мадрепоровых кораллов, но отсутствует у их родственников, не формирующих скелет. Вместе эти результаты подразумевают, что мадрепоровые кораллы использовали новый ген SLC4γ для эволюции формирования скелета.
Применяя передовые методы молекулярной биологии к актуальным экологическим проблемам, можно выявить гены, определяющие экологически важные признаки. Разработка таких генетических инструментов для изучения биологии кораллов может значительно улучшить наше понимание и помочь в успешных природоохранных усилиях.
В числе соавторов исследования — Лорна Митчисон-Филд, Джейкоб Брэдфорд (Институт Карнеги), Димитри Перрен (Технологический университет Квинсленда), Кристиан Реннике и Джон Прингл (Стэнфордский университет), Лайн Бэй (Австралийский институт морских наук).