メキシコ湾とベリーズに生息する Montastraea cavernosa の自然個体群と移植個体群におけるメソフォティックコーラルのトランスクリプトーム可塑性

Transcriptomic plasticity of mesophotic corals among natural populations and transplants of Montastraea cavernosa in the Gulf of Mexico and Belize.

• Michael S Studivan
• Joshua D Voss

抄録

沿岸域に生息するサンゴのうち、30～150m の場所に生息するサンゴは、低照度環境に対する生理的反応が研究されてきたが、ほとんどのサンゴ種では、順応と深さへの適応のメカニズムはよくわかっていなかった。RNA シーケンシングを用いたトランスクリプトーム法は、特に成長の遅いスクレラクチニアンサンゴのような種において、遺伝子発現の可塑性を定量化したり、同種間での潜在的な機能的差異を特定するのに有用なツールである。タグベースのRNA-Seq (Tag-Seq) パイプラインを用いて、ベリーズとメキシコ湾の5つのサイトにまたがる中水域と浅い環境に生息するスクレラクチニアンサンゴ Montastraea cavernosaの自然個体群における転写変動を定量化した。キャリーボウケイ、西と東のフラワーガーデンバンク、プーリーリッジ、およびドライTortugas。地域的なサイトの位置は、深さよりも遺伝子発現パターンの強いドライバーであった。しかし、中食性サンゴはすべての場所で代謝や細胞増殖の機能経路が類似していることから、深海での環境条件に対する共通の生理的反応を示している可能性があると考えられた。また、西と東のフラワーガーデンバンクの移植実験では、中食性サンゴから浅い場所に移植されたコロニーは、対照の中食性サンゴから時間の経過とともに発散しており、遺伝子発現の可塑性が深さによって制御されていることが示唆された。浅い水深帯で白化現象が発生した場合、白化の程度は移植群と浅い対照群で有意な差はなかったが、遺伝子発現パターンは水深処理群間でストレス応答が可変的に制御されていることを示唆していた。本研究では、メソフォティック型と浅層型の遺伝子発現を観察・実験的に調べた結果、この深層型一般サンゴ種が様々な環境下で持続する能力を明らかにすることができた。

While physiological responses to low-light environments have been studied among corals on mesophotic coral ecosystems worldwide (MCEs; 30-150 m), the mechanisms behind acclimatization and adaptation to depth are not well understood for most coral species. Transcriptomic approaches based on RNA sequencing are useful tools for quantifying gene expression plasticity, particularly in slow-growing species such as scleractinian corals, and for identifying potential functional differences among conspecifics. A tag-based RNA-Seq (Tag-Seq) pipeline was applied to quantify transcriptional variation in natural populations of the scleractinian coral Montastraea cavernosa from mesophotic and shallower environments across five sites in Belize and the Gulf of Mexico: Carrie Bow Cay, West and East Flower Garden Banks, Pulley Ridge, and Dry Tortugas. Regional site location was a stronger driver of gene expression patterns than depth. However, mesophotic corals among all sites shared similar regulation of metabolic and cell growth functional pathways that may represent common physiological responses to environmental conditions at depth. Additionally, in a transplant experiment at West and East Flower Garden Banks, colonies transplanted from mesophotic to shallower habitats diverged from the control mesophotic group over time, indicating depth-regulated plasticity of gene expression. When the shallower depth zone experienced a bleaching event, bleaching severity did not differ significantly between transplants and shallow controls, but gene expression patterns indicated variable regulation of stress responses among depth treatments. Coupled observational and experimental studies of gene expression among mesophotic and shallower M. cavernosa provide insights into the ability of this depth-generalist coral species to persist under varying environmental conditions.

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