宾夕法尼亚州立大学生物学教授莫妮卡·梅迪纳说:“长时间暴露在高温下会导致‘白化’，即光共生体(共生藻类)从珊瑚动物身上被抛弃，导致动物死亡。”爱博网投领导者“我们发现，当一些珊瑚受到热胁迫时，它们的微生物群可以保护它们免受白化。此外，我们现在可以确定珊瑚动物及其光共生体中可能参与这种热应激反应的特定基因。”

宾夕法尼亚州立大学的前学生、科罗拉多大学博尔德分校的博士后Viridiana Avila-Magaña指出:“以前关于珊瑚耐热性的分子机制的研究往往只关注动物或光共生体，但我们现在知道整个全息生物——珊瑚动物、光共生体和微生物群——都参与了应激反应。”

他们的研究今天(9月30日)发表在《科学》杂志上自然通讯在美国，研究人员集中研究了三种珊瑚——山星珊瑚(Orbicella faveolata)、多节脑珊瑚(Pseudodiploria clivosa)和浅水星珊瑚(Siderastrea radians)——已知它们对热应激的敏感性不同。在墨西哥莫雷洛斯港附近收集的每种珊瑚都有一套独特的光共生体和微生物群。该团队的目标是研究每个全息生物成员对珊瑚整体耐受性的不同代谢贡献，并确定与这些代谢活动相关的基因表达模式的差异。

麦地那解释说，新陈代谢是将食物转化为能量的过程。她说，对珊瑚来说，这个过程在很大程度上是由光共生体驱动的，它们通过光合作用为珊瑚动物提供了至少90%的能量需求。但是，直到现在，微生物组的贡献还没有得到很好的理解。

梅迪纳说:“我们知道，气候变化引起的热应激会破坏珊瑚的新陈代谢，导致珊瑚白化。”“因此，了解全息生物成员的不同贡献以及这些代谢活动如何在应对热应激时发生变化是很重要的。”

研究人员进行了一项受控的热应激实验，在实验中，他们将三种珊瑚物种放在一个水箱中9天，温度为93华氏度(34摄氏度)，比这些珊瑚通常经历的平均温度高11度(6摄氏度)。9天后，科学家们对珊瑚全息生物的RNA进行了测序，包括珊瑚动物、光共生体和微生物组的成员，以及未暴露于热应激的对照组，目的是检测影响全息生物热应激反应的基因表达变化。具体来说，他们使用基因表达数据来估计每个全息生物成员的代谢活动。

接下来，研究小组使用了一种称为表达变异和进化模型的系统发育方差分析技术，来检查在进化过程中与热应激相关的基因表达的变化。

Viridiana Avila-Magaña说:“我们与旧金山州立大学的Rori Rohlfs教授合作，他是这项研究的合著者，我们开发了一种基于系统发育方差分析的方法，该方法使我们能够追踪在任何给定刺激(在我们的案例中是热应激)下已经在物种间表达分歧的基因。”“考虑到最近关于不同珊瑚全息生物在气候变化威胁下的适应潜力的争论，这种方法对珊瑚礁研究尤为重要。考虑到这种方法，我们能够理解为什么不同的珊瑚对热应激有独特的生理反应，以及基因表达的进化如何塑造了它们不同的敏感性。”

Avila-Magaña解释说，珊瑚在进化过程中经历了温度升高的事件，了解基因表达如何在这些事件中进化，可以为珊瑚对当前和未来变暖事件的反应提供信息。

她说:“我们这项研究的目标是确定珊瑚及其藻类光共生体中是否存在特定谱系的热应激创新，以及包括细菌群落在内的所有成员是否对全息生物的健壮性做出了不同的贡献。”

基因表达数据显示，在高温胁迫下，三种珊瑚全息生物的反应和代谢能力确实有所不同。研究小组还发现，每个全息生物的成员都有独特的反应，这些反应会影响全息生物应对热应力的整体能力。

梅迪纳说:“与之前的研究相比，我们发现了更多与珊瑚全息生物热应激反应相关的基因，我们还表明，这些基因表达的变化是在进化过程中出现的。”

有趣的是，科学家们得出结论，在一些珊瑚全息生物(如星状珊瑚)中观察到的更大的耐热性，部分原因可能是由于它们的微生物组中耐热微生物的数量和多样性更高，这在关键的代谢途径中提供了冗余，从而保护它们免受热应激。

Avila-Magaña说:“我们发现一些珊瑚拥有稳定而多样的微生物群，转化为大量的代谢能力，我们已经证明，这些能力在高温挑战中保持活跃。”“相比之下，我们发现耐热性较差的物种减少了细菌的活性和多样性。”

梅迪纳指出，研究结果强调了在广泛的物种中采用比较方法的重要性，以便更好地了解珊瑚对海面温度升高的不同反应。

Medina和Avila-Magaña说:“珊瑚受到气候变化的严重影响，我们在研究中开发的方法是科学家们试图了解种群和物种的适应潜力的绝佳工具。”

这篇论文的其他作者包括Susana Enríquez，国立大学Autónoma de msamicxico教授;新墨西哥大学和联合基因组研究所的生物学研究助理教授Bishoy Kamel，加州大学默塞德分爱博网投领导者校的Michael DeSalvo;罗伯特·伊格莱西亚斯-普列托，宾夕法尼亚州立大学生物学教授;爱博网投领导者Kelly Gómez-Campo，宾夕法尼亚州立大学生物学研究生;爱博网投领导者Hiroaki Kitano，日本系统生物学研究所教授;爱博网投领导者以及旧金山州立大学生物学助理教授罗里·罗尔夫斯(Rori Rohlfs)。爱博网投领导者

美国国家科学基金会和联合基因组研究所(能源部)支持这项研究。