德州大學發現珊瑚在抵禦病毒的同時 會影響其生存與繁殖能力

【本刊訊】珊瑚(coral)是形塑珊瑚礁生態系統(coral reef ecosystems)結構與營養基礎的關鍵,不僅如此,其亦有保護沿海生態及支持漁業等重要功能。然因氣候劇烈變遷及人為活動,導致珊瑚礁受到嚴重的破壞,而疾病爆發所衝擊的不僅是珊瑚礁,甚至連海膽、貝類等海洋生態也遭受波及。儘管人們對這些海洋疾病的嚴重影響有所預測,卻也因缺乏疾病來源、感染進程、宿主範疇與其免疫反應等資訊,使得相關研究執行不易。

就在2011年入秋之際,磯沙蠶黑病(Eunicea Black Disease, EBD)入侵佛羅里達礁島群(Florida Keys),並有研究人員發現過去曾被研究可以抵抗海洋酸化(ocean acidification)的柳珊瑚(gorgonian corals)外觀受到黑化(melanized),而該疾病產生的病徵也發生在2017年加勒比海珊瑚(Caribbean coral)身上。黑化的珊瑚,所合成的黑色素會導致蛋白酶(proteases)、胞毒性醌(cytotoxic quinones)等蛋白形成,而此免疫反應雖能致病原體於死地,卻也造成珊瑚自身損傷。

一般來說,無脊椎動物的先天免疫系統包含三個過程。首先,動物體會進行病原體識別(pathogen recognition),在動物體內用一種識別受體來找出致病源,並與留存體內、與病原體相關的一或多種分子結合,再導引適當的信號通路(signalling pathways),最後產生關鍵的作用反應(effector responses);然而免疫反應是有代價的,這些生物無法同時維持最佳的繁殖與生命力、卻又擁有強大的免疫功能,僅能在兩者之間進行折衷。

為更深入了解珊瑚對磯沙蠶黑病的免疫反應,德州大學阿靈頓分校(University of Texas at Arlington)研究團隊從佛羅里達東南方,各別取得3個健康和已受感染的珊瑚樣本(Eunicea calyculata),進行基因表現量差異(differential expression)與蛋白質分析。結果發現,珊瑚對該疾病的免疫反應相當多樣,如產生吞噬、黏附和黑化作用等;此外根據基因共同表現網路(coexpression network)分析指出,雖珊瑚祭出免疫反應來抵禦病毒,卻也因此降低細胞的生長能力,再一次驗證了珊瑚礁生態系統因此所產生的折衷結果。

所以,科學家表示在評估疾病爆發所帶來的效應時,除了死亡率外,生態系的恢復能力也需被納入考量。德州大學生物系副教授彌德拉茲(Laura Mydlarz)表示,研究團隊目前持續對珊瑚樣本做更詳細的研究,嘗試進行RNA分析,期望透過不同方法深入探究,以追蹤預測珊瑚群在氣候變遷與疾病肆虐下的生存軌跡。

新聞來源:Lauren E et al., Transcriptional analyses provide new insight into the late-stage immune response of a diseased Caribbean coral, Royal Society Open Science, 2018.

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