根据斯坦福大学医学院的研究人员及其合作者的说法，崩溃悬崖上的珊瑚礁可能会被称为CRISPR的基因编辑工具得到保护。

科学家们首次发现了CRISPR-Cas9基因编辑工具可能成为珊瑚生物学家有效资源的确切证据。Phillip Cleves博士是斯坦福大学的博士后学者，是一位遗传学家，他在动物中描绘基因功能的努力完全存在于海洋无脊椎动物领域 - 即珊瑚中。

“直到现在，还没有办法质疑一种表达与珊瑚生存相关的基因是否真正发挥了致病作用，”克利夫斯说。“没有方法可以修改珊瑚中的基因，然后询问后果是什么。”

该研究将于4月23日在线发表在“美国国家科学院院刊”上。Cleves是第一作者。斯坦福大学遗传学教授John Pringle和德克萨斯大学奥斯汀分校综合生物学副教授Mikhail Matz博士分享资深作者。

珊瑚褪色的危害

在20世纪90年代后期，海洋的珊瑚礁经历了第一次大浪，称为珊瑚褪色，这是一种凄凉的事件，其中海洋条件 - 最显着的高温 - 杀死或“漂白”珊瑚礁的部分，变成曾经充满活力的颜色平淡无奇并破坏整个珊瑚礁生态系统。

Cleves的工作是与UT-Austin和澳大利亚海洋科学研究所的研究人员合作进行的，他们在一次国际珊瑚会议的对话中萌生，旨在具体了解珊瑚生存背后的基因。是否有一些基因可以使珊瑚更适应海洋温度的峰值?或者也许是一个有助于建立新珊瑚群的基因?科学家假设这些问题的答案，但真正知道，克利夫斯希望创造一种技术，使珊瑚生物学家能够更严格地回答这些问题。

“我们希望使用具有明显兴趣的CRISPR-Cas9来开始了解哪些基因对珊瑚生物学至关重要，”Cleves说。

CRISPR是一种快速有效的工具，可用于靶向和修饰DNA序列。“打破”基因以揭示对生物体的影响是一个概念，它已成为数十年分子生物学的关键。现在，CRISPR正在帮助加速许多不同动物模型的过程，但将它应用于珊瑚(不要被愚弄珊瑚是动物，而不是植物)已被证明是棘手的，部分原因是它们不经常繁殖。在Cleves和他的合作者进行这项研究之前，珊瑚从未报道过使用基因编辑工具。

“我们希望未来使用CRISPR-Cas9的实验能够帮助我们更好地理解基本的珊瑚生物学，然后我们可以用来预测 - 或许可以改善 - 由于气候变化将来会发生什么，”Cleves说。

由月光产卵

由于它们的产卵周期，珊瑚在CRISPR方面存在一些问题。大多数珊瑚，包括作为研究重点的鹿角珊瑚(Acropora millepora)，在10月和11月的大堡礁(Great Barrier Reef)中，每年只繁殖一次或两次，由满月的上升提示。在这个稍纵即逝的窗口，珊瑚将性细胞释放到海洋中。当卵子和精子相遇时，它们会形成受精卵或受精的单个细胞。在这些细胞开始分裂之前的狭窄时间窗口期间，研究人员可以通过向这些受精卵中注入试剂混合物来引入CRISPR，以诱导珊瑚DNA中的精确突变。

Cleves承认，检索受精卵是一项非常后勤的挑战。幸运的是，他在澳大利亚的合作者时间紧迫;他们可以预测月亮产卵何时会在几天内发生，让他们从珊瑚礁采集珊瑚样本来收集受精卵进行实验。

Cleves前往澳大利亚开始试验CRISPR，针对三种珊瑚基因：红色荧光蛋白，绿色荧光蛋白和成纤维细胞生长因子1a，这种基因被认为有助于调节新的珊瑚殖民化。

使用CRISPR，科学家们进行了一种基因调整，敲除了基因，使它们无法运作。在红色和绿色荧光蛋白的情况下，确定CRISPR工作是否容易，就像看到灯关闭一样。或者他们希望如此。然而，事实证明，红色和绿色荧光蛋白基因有多个拷贝。因此敲掉一份副本并没有完全停止发光。

“虽然我们不确定我们是否看到令人信服的荧光损失，但DNA测序显示我们能够分子靶向红色和绿色荧光蛋白基因，”Cleves说。这表明研究人员可以一次性成功地改变多个基因，如果这两个基因足够相似 - 这是遗传操作的福音，因为基因在进化过程中经常被复制。

至于第三个基因，只有一个基因拷贝的成纤维细胞生长因子1a，后CRISPR测序显示成功：在一些胚胎中，该基因大量突变，表明CRISPR可以很好地修饰单拷贝珊瑚基因。

克利夫斯说，最终的目标不是设计一种可以填充海洋的具有遗传弹性的超级珊瑚 - 这样的壮举目前难以置信，并会引发重大的道德问题。“现在，我们真正想做的是找出珊瑚如何运作的基本机制，并利用它来为未来的保护工作提供信息，”他说。“也许珊瑚中有天然的基因变异，可以增强它们在温暖水域中生存的能力;我们想知道这一点。”

'一个全人动手的时刻'

虽然目前的工作是一项原理论证研究，但现在Cleves和其他人开始修补生态学相关的基因。他希望其他人也这样做。

克利夫斯说：“我希望这篇论文提供科学家可以开始用珊瑚做的基因操作类型的早期蓝图。”在接下来的几年里，他希望看到其他团体淘汰珊瑚基因，这些珊瑚基因可能参与漂白，骨骼生长或与提供大部分珊瑚能量的藻类的关键共生。

今天，全球珊瑚礁生态系统的27%已经因气候变化和人类活动而失去 - 而且克利夫斯感到紧迫。

“这是一个全面动手的时刻，”他说。“如果我们可以开始对哪些基因重要进行分类，那么我们就可以了解我们可以做些什么来帮助保护，甚至只是预测将来会发生什么。我认为这是一个非常激动人心的时刻。是一位了解珊瑚遗传学的基础生物学家。“