温度胁迫通过不同机制抑制加勒比珊瑚Orbicella faveolata幼虫的存活与定居及其基因表达响应

《BMC Genomics》：Cool and warm conditions disrupt development through divergent mechanisms in larvae of the reef-building coral Orbicella faveolata

摘要

背景

发育中的动物对胁迫性非生物环境条件十分敏感，这可能引发发育进程受阻和死亡等负面影响。生理和基因表达的表型可塑性可以保护发育中的生物免受胁迫因素的伤害，但在许多类群中这一机制如何发生仍未得到探索。海洋无脊椎动物是研究这些机制的重要物种，因为这类群正在经历气候变化带来的胁迫性条件。例如，海洋寒潮和热浪可能会威胁造礁珊瑚的幼虫，但此类胁迫因素对幼虫的影响在很大程度上尚未得到阐明。我们假设暴露于凉爽和温暖条件下会降低幼虫的存活率和定居率（即从浮游幼虫向底栖定居者的转变），并以加勒比珊瑚Orbicella faveolata（星礁石珊瑚）进行了验证。鉴于凉爽和温暖温度对细胞和机体生理的影响存在差异，我们进一步假设这些条件将通过不同的机制影响O. faveolata幼虫，并通过表征温度对幼虫基因表达谱的影响来探索这一点。

结果

暴露于凉爽（20°C）和温暖（30°C）温度下的O. faveolata幼虫，其存活率和定居率均低于环境条件下（27°C）的幼虫。此外，存活个体的定居能力降低（即经死亡率校正后的定居率）表明，对定居的负面影响并非 solely 由于死亡率升高所致。有趣的是，尽管表型结果相似，但凉爽和温暖暴露对基因表达谱的影响截然相反，提示这些条件通过不同机制干扰发育。具体而言，基因表达模式表明，凉爽条件抑制了细胞分裂和有氧代谢，而在温暖条件下这些过程则增强，可能导致细胞和代谢资源耗竭，而这些幼虫因卵黄营养型（即非摄食型）而资源有限。另一方面，与自然环境条件相比，两种处理条件下参与神经传递和环境感知的基因普遍下调，表明处理后的幼虫感知和/或响应定居线索的能力下降。

结论

总体而言，这些发现表明环境条件塑造了O. faveolata的基因表达模式和发育结果，强调了海洋温度变化将对这一濒危物种的持续存在产生不利影响。

背景

发育中的动物对胁迫性非生物环境条件十分敏感，这可能引发发育进程受阻和死亡等负面影响。生理和基因表达的表型可塑性可以保护发育中的生物免受胁迫因素的伤害，但在许多类群中这一机制如何发生仍未得到探索。海洋无脊椎动物是研究这些机制的重要物种，因为这类群正在经历气候变化带来的胁迫性条件。例如，海洋寒潮和热浪可能会威胁造礁珊瑚的幼虫，但此类胁迫因素对幼虫的影响在很大程度上尚未得到阐明。我们假设暴露于凉爽和温暖条件下会降低幼虫的存活率和定居率（即从浮游幼虫向底栖定居者的转变），并以加勒比珊瑚Orbicella faveolata（星礁石珊瑚）进行了验证。鉴于凉爽和温暖温度对细胞和机体生理的影响存在差异，我们进一步假设这些条件将通过不同的机制影响O. faveolata幼虫，并通过表征温度对幼虫基因表达谱的影响来探索这一点。

结果

暴露于凉爽（20°C）和温暖（30°C）温度下的O. faveolata幼虫，其存活率和定居率均低于环境条件下（27°C）的幼虫。此外，存活个体的定居能力降低（即经死亡率校正后的定居率）表明，对定居的负面影响并非 solely 由于死亡率升高所致。有趣的是，尽管表型结果相似，但凉爽和温暖暴露对基因表达谱的影响截然相反，提示这些条件通过不同机制干扰发育。具体而言，基因表达模式表明，凉爽条件抑制了细胞分裂和有氧代谢，而在温暖条件下这些过程则增强，可能导致细胞和代谢资源耗竭，而这些幼虫因卵黄营养型（即非摄食型）而资源有限。另一方面，与自然环境条件相比，两种处理条件下参与神经传递和环境感知的基因普遍下调，表明处理后的幼虫感知和/或响应定居线索的能力下降。

结论

总体而言，这些发现表明环境条件塑造了O. faveolata的基因表达模式和发育结果，强调了海洋温度变化将对这一 endangered 物种的持续存在产生不利影响。