珊瑚白化的机制

• 其他重要功能基因的研究
珊瑚白化死亡过程会引起珊瑚细胞的骨架重排、 新陈代谢和信号传导等细胞过程改变, 而相关的基 因表达量也会变化。这些相关功能基因包括有很多, 涉及到了珊瑚的以下细胞过程: 氧化压力、Ca2+平 衡、细胞骨架重排、细胞死亡、钙化、新陈代谢、 蛋白合成、热激蛋白活性和转座子活性等。造礁石 珊瑚白化过程中表达连续下调的基因有5 个:SCRiPs、 CaM、未知的EF-hand、ECM 和PXDN, 它们代表了白 化过程中表达下调最多的基因, 是未来研究工作的 重要选择。这些功能基因不仅参与了珊瑚白化死亡 过程, 而且能影响珊瑚发育、钙化等正常生理过程。
参考文献
• 《造礁石珊瑚白化相关功能基因的研究进展》
• 《澄黄滨珊瑚、大管孔珊瑚和丛生盔形珊瑚
性腺发育与生长规律的研究》 • 《Reef corals bleach to resist stress》 • 《Coral bleaching––how and why?》
珊瑚白化的机制
珊瑚
珊瑚在腔肠动物中是个统称，珊 瑚纲是腔肠动物门最大的一个纲，全 部海产。珊瑚礁全部是水螅型的单体 或群体动物，生活史中没有水母型世 代。珊瑚纲的水螅型结构较水螅纲复 杂, 身体为两辐射对称。
珊瑚共生系统
虫黄藻和珊瑚之间为互利共生关系。虫黄藻 生活在宿主珊瑚内胚层细胞的液泡并把95%以上 的光合产物提供给宿主无脊椎动物，也从宿主的 代谢产物中得到至关重要的营养盐（如胺、磷酸 盐）。虫黄藻除了含有营养成分诸如蛋白核、细 胞核、淀粉等之外，叶绿体占据大部分体积，叶 绿体内含有能直接参与光化学反应的反应中心色 素叶绿素a，及辅助色素，如其他叶绿素、类胡 萝卜素和藻胆素等。就是因为众多的色素存在， 才使得珊瑚呈现五彩缤纷的景象。
珊瑚白化
珊瑚白化是指珊瑚失去共生虫黄藻而导致 珊瑚变白的生态现象，已造成了全球范围内 的珊瑚礁生态系统严重退化，而全球变暖 、 SST (海洋表层温度)上升是导致这一生态现 象的主要原因。约 1／3的珊瑚物种因为全球 变暖而处于灭绝 的边缘，联合国政府间气候 变化专门委员会(IPC C )预测珊瑚礁生态系 统将可能成为因全球变暖而消失的第一个生 态系统。
• 温度相关功能基因
与温度相关的功能基因有许多, 其中HSP 家族 是各种生物都有的一个保守基因家族, 它包括Hsp70, Hsp60 和Hsp25 等多种小分子热激蛋白(sHsp)。研 究较多的是短期(半个月以内)温度胁迫对珊瑚的影 响, 结果表明温度胁迫会导致珊瑚Hsp70合成上调, 之后由于生化能量的需求和限制会导致Hsp70 合成 下调。与温度相关的其他功能基因还包括有类荧光 蛋白、谷胱甘肽(Glutathione)和泛素(Ubiquitin) 等。
• 细胞防御相关功能基因
海洋污染物如工业重金属污染、生活垃圾、船 舶垃圾、化学泄露的烃类有机物等对珊瑚礁及其共 生藻的毒害作用是导致造礁石珊瑚白化的重要因素。 海洋污染物能诱使海洋生物的ABCs 家族基因表达, 增强海洋生物对海洋污染的耐受能力。具有解毒功 能的基因通常能产生抗氧化的蛋白, 在细胞内清除 化学自由基和活性氧, 比如铁蛋白基因(ferritin) 通常通过捕获过量的铁离子从而减少化学自由基和 活性氧(ROS)的产生并降低细胞的氧化压力。这类与 细胞防御相关的功能基因还包括有锌指蛋白(ZNRF3) 和谷胱甘肽等, 它们是与珊瑚白化相关的重要功能 基因。
白化的机制
在胁迫条件下白化的机制有： • 1虫黄藻色素的减少 • 2珊瑚组织中虫黄藻密度的减少
来自百度文库
• 减少叶绿素的机制如对光反应中心的损伤，
对暗反应的破坏。 • 减少叶绿素的机制如细胞内分解消化虫黄藻， 通过胞吐作用排出虫黄藻，细胞凋亡，细胞 坏死以及与宿主细胞分离
造礁石珊瑚白化相关功能基因的研究进展
• Ca2+平衡相关基因的研究
珊瑚钙化时 Ca2+泵密集地向上皮细胞中泵入 Ca2+, 而活性氧簇(ROS)、活性氮簇(RNS)和CaM失 活会减弱Ca2+泵的活性导致细胞Ca2+失衡,这解释了 珊瑚白化时钙化率下降的原因。而珊瑚中富含半胱 氨酸多肽家族基因SCRiPs 参与了珊瑚钙化过程。研 究发现SCRiPs 在珊瑚白化过程中的表达会下调, 且 SCRiPs 蛋白具有分泌特性,但该基因家族的很多具 体功能还不清楚。
• 光辐射相关功能基因
珊瑚常常生活在有强阳光辐射的浅水, 强光和 紫外辐射会导致造礁石珊瑚细胞体内共生的虫黄藻 光合效率降低(光抑制), 虫黄藻密度下降并最终导 致造礁石珊瑚的白化。而珊瑚可以合成一种类菌胞 素氨基酸(MAA), 它能有力地防御紫外线对珊瑚的伤 害。造礁石珊瑚细胞在强光和紫外辐射下, 相关基 因表达也会发生变化, 一些有光保护作用的基因表 达上调。总之, 荧光蛋白家族的基因表达情况不仅 与光保护有关, 而且与造礁石珊瑚白化机制紧密相 连, 所以它也成为衡量本底水平的生理指标之一。