地中海柳珊瑚表型可塑性研究：高温与低pH下Eunicella singularis和Paramuricea clavata的表观遗传调控与转录组响应

本研究针对地中海柳珊瑚面临的气候变化双重威胁（升温+4°C与酸化-0.35 pHT ），首次系统揭示了Eunicella singularis和Paramuricea clavata通过DNA甲基化（DNAm）和差异基因表达实现表型可塑性的分子机制。发现高温显著改变转录因子家族（如zf-C2H2、IRF）表达，而P. clavata的全局DNAm水平对复合胁迫敏感。该成果为珊瑚礁生态系统适应性预测提供了表观遗传学新视角。

　　

在地中海蔚蓝的海水中，柳珊瑚如同水下森林的"建筑师"，构筑着至关重要的珊瑚礁生态系统。然而这片海域正以超全球平均水平的速度升温，过去40年东北爱琴海表层水温已上升1.6°C。更严峻的是，海洋热浪（MHWs）频发引发大规模死亡事件，而伴随二氧化碳浓度升高导致的海洋酸化（OA）使表层海水H⁺
浓度较工业革命前增加30%。对于生长缓慢的柳珊瑚而言，传统自然选择可能难以跟上环境剧变的步伐，这使得表型可塑性——尤其是DNA甲基化（DNAm）这类表观遗传机制，成为它们应对气候危机的潜在"生存密码"。

针对这一科学问题，伊斯坦布尔大学的研究团队选取地中海最具代表性的两种柳珊瑚Eunicella singularis和Paramuricea clavata，通过模拟RCP8.5气候情景（升温+4°C、pH降低0.35单位），首次从生理、表观遗传和转录组多维度解析了它们的适应机制。相关成果发表在《Science of The Total Environment》上，为预测珊瑚礁生态系统命运提供了新见解。

研究采用多组学联用策略：通过呼吸代谢仪测定氧耗量评估能量代谢；采用比色法检测蛋白质/脂质/碳水化合物等能量储备；运用ELISA技术量化全局DNA甲基化（gDNAm）水平；对E. singularis进行RNA-Seq测序分析差异表达基因（DEGs）。样本来自土耳其达达尼尔海峡的特殊生物多样性热点区域，该海域因黑海与马尔马拉海的水团交汇形成独特生态环境。

主要研究发现

1. 生理响应

• 高温显著激活E. singularis的触手活动（p=5.1×10^-10
  ），但两者均未出现组织坏死
• 两种珊瑚的氧耗量在高温下均增加，但能量储备未受温度/pH及其交互作用影响

1. 表观遗传特征

• P. clavata的gDNAm水平是E. singularis的10倍
• P. clavata的gDNAm在高温和复合胁迫下显著降低，而E. singularis无此变化

1. 转录组调控

• 高温诱导E. singularis最显著的转录重编程：
  • zf-C2H2、AP-2、HMG等转录因子家族广泛下调
  • IRF、RFX、P53、NRF1家族基因显著上调
• 单独酸化影响微弱，但与高温协同时产生独特表达谱

结论与意义
该研究揭示了地中海柳珊瑚应对气候胁迫的"双轨制"适应策略：E. singularis主要依赖转录调控的可塑性，而P. clavata则表现出更敏感的表观遗传响应。特别值得注意的是，高温通过抑制发育相关转录因子（如zf-C2H2）同时激活应激响应基因（如P53），可能重塑珊瑚的能量分配格局。尽管短期内未观测到组织损伤，但这种"隐性代价"可能影响长期种群恢复力。

研究首次证实DNAm在柳珊瑚环境适应中的调控作用，为开发基于表观遗传标记的珊瑚礁健康预警系统奠定基础。作者团队强调，未来需结合跨代实验验证这些表观修饰的遗传性，这对预测珊瑚礁在持续气候变化下的演化轨迹至关重要。正如Garrabou等学者指出，地中海已成为海洋变暖的"热点实验室"，而这项研究为理解生物在该实验室中的适应机制提供了关键拼图。