Исследование за $3 млн: как питание и симбиоз влияют на эпигенетику кораллов

Университет Род-Айленда возглавил команду, получившую грант в $3 млн на 5 лет от Национального научного фонда (NSF) в рамках программы «Правила жизни: Эпигенетика». Цель — понять, как изменения в питании и энергетике из-за симбиоза влияют на эпигенетические изменения у кораллов и их экологию.

Эпигенетика изучает изменения в организмах, вызванные модификацией экспрессии генов (то, как «инструкции» генов интерпретируются), а не изменением самого генетического кода.

Коралловые рифы критически важны для планеты: они участвуют в круговороте углерода, защите побережий, являются источником биофармацевтических препаратов и основой экономики туризма и рыболовства. Вся экосистема построена на симбиозе кораллов и водорослей (одноклеточных растений), которые живут внутри них, фотосинтезируют и дают энергию для роста и размножения рифа.

«Кораллы — это "канарейка в угольной шахте" для изменения климата... Лучшее понимание их эволюционных процессов и того, как они могут акклиматизироваться через эпигенетику, может позволить нам снизить негативные эффекты таких событий, как массовое обесцвечивание», — говорит руководитель проекта Холли Патнам, биолог из Университета Род-Айленда.

Проект, разрабатываемый на острове Муреа во Французской Полинезии, объединяет экспертов из Университета Род-Айленда, Университета Вашингтона, Международного университета Флориды, Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и аквариума Шедд в Чикаго. Он будет тестировать, как изменения в питательном состоянии симбиоза меняют эпигенетические паттерны, позволяя кораллам акклиматизироваться в пределах одного и между поколениями.

«Эпигенетические модификации "ощущают" сигналы окружающей среды, которые формируют работу нашего генома, управляя фундаментальными процессами — от развития и старения до здоровья и эволюции», — отмечает Хосе Эйрин-Лопес, молекулярный биолог из Международного университета Флориды.

План исследований на 5 лет:

• Проведение экспериментов на рифах Муреа.
• Развитие новых теоретических моделей для связи энергетического метаболизма на клеточном уровне с эпигенетическими, физиологическими и экологическими факторами (с использованием моделей Dynamic Energy Budget).
• Интеграция данных в долгосрочный экологический проект Mo'orea Coral Reef LTER, который собирает данные уже 15 лет.

«Это даст нам удивительное понимание функционирования коралловых рифов Муреа в критическое время. С этим детальным пониманием мы будем лучше equipped to understand рифы в других местах», — заявляет Холли Меллер, эксперт по симбиозу и моделированию из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Поскольку симбиоз распространён повсеместно, открытые «Правила Жизни» можно будет экстраполировать на другие биологические системы. Ключевой результат работы — установление фундаментальных связей между универсальными энергетическими процессами организма и экологическими/эволюционными последствиями, управляемыми эпигенетикой.

В уникальную междисциплинарную команду (клеточная биология, молекулярная биология, физиология, экология, математика) войдут студенты, аспиранты и постдоки. Это позволит подготовить новое поколение учёных в количественном, multidisciplinary ключе.