標準化された短期急性熱ストレス測定法を用いて、サンゴの耐熱性の歴史的な違いを解決しました

Standardized short-term acute heat stress assays resolve historical differences in coral thermotolerance across microhabitat reef sites.

• Christian R Voolstra
• Carol Buitrago-López
• Gabriela Perna
• Anny Cárdenas
• Benjamin C C Hume
• Nils Rädecker
• Daniel J Barshis

抄録

サンゴの白化は、サンゴ礁の劣化の主な原因の一つです。ほとんどのサンゴは、最高月平均気温より 1～2℃高いだけで白化して死滅しますが、一部の種や遺伝子型は他の種よりも優れた耐性や回復力を持っています。ここでは、18 時間の短期熱ストレス測定と 21 日間の長期熱ストレス実験を並行して実施し、サンゴの耐熱性の違いを解決するために、両方の手法を用いて、生息域内のサンゴ礁の温度閾値を反映しているかどうかを評価しました。一連の生理学的パラメータ（光合成効率、サンゴの白化、クロロフィルa、宿主タンパク質、藻類共生体数、 藻類の種類の関連性）を用いて、中央紅海の沿岸サンゴ礁の風上/風上/風下/風下/保護区の Stylophora pistillata のコロニーの白化感受性を評価し、以前に自然の白化現象で死滅率に差が見られたことがある。光合成の効率は、保護区のサンゴの耐熱性の高さを最もよく表していました。これらの違いは、他のパラメータでは観察されなかった正の直線的な関係が確認されたことから、両方の実験設定で解消されました。特に、短期的な急性熱ストレスアッセイでは、長期実験では順化効果によって隠蔽されていた可能性のあるコロニー（遺伝子型）ごとの違いが解消された。このように、私たちは新たに開発したポータブル実験システム「サンゴ漂白自動ストレスシステム（CBASS）」を用いて、サンゴの耐熱性の微細な差を解決するために、移動式の標準化された短期急性熱ストレス測定法の可能性を明らかにしました。したがって、このようなシステムは大規模な測定に適しており、既存のアプローチを補完して、下流での実験的検討や保全・修復のためのサンゴ礁地の優先順位付けのために、回復力のある遺伝子型やサンゴ礁を特定することができるかもしれません。このようなフレームワークの開発は、全米科学アカデミーやサンゴ礁の修復・適応プログラム委員会の新たな介入戦略や修復戦略の推奨事項と一致している。

Coral bleaching is one of the main drivers of reef degradation. Most corals bleach and suffer mortality at just 1-2°C above their maximum monthly mean temperatures, but some species and genotypes resist or recover better than others. Here, we conducted a series of 18-hr short-term acute heat stress assays side-by-side with a 21-day long-term heat stress experiment to assess the ability of both approaches to resolve coral thermotolerance differences reflective of in situ reef temperature thresholds. Using a suite of physiological parameters (photosynthetic efficiency, coral whitening, chlorophyll a, host protein, algal symbiont counts, and algal type association), we assessed bleaching susceptibility of Stylophora pistillata colonies from the windward/exposed and leeward/protected sites of a nearshore coral reef in the central Red Sea, which had previously shown differential mortality during a natural bleaching event. Photosynthetic efficiency was most indicative of the expected higher thermal tolerance in corals from the protected reef site, denoted by an increased retention of dark-adapted maximum quantum yields at higher temperatures. These differences were resolved using both experimental setups, as corroborated by a positive linear relationship, not observed for the other parameters. Notably, short-term acute heat stress assays resolved per-colony (genotype) differences that may have been masked by acclimation effects in the long-term experiment. Using our newly developed portable experimental system termed the Coral Bleaching Automated Stress System (CBASS), we thus highlight the potential of mobile, standardized short-term acute heat stress assays to resolve fine-scale differences in coral thermotolerance. Accordingly, such a system may be suitable for large-scale determination and complement existing approaches to identify resilient genotypes/reefs for downstream experimental examination and prioritization of reef sites for conservation/restoration. Development of such a framework is consistent with the recommendations of the National Academy of Sciences and the Reef Restoration and Adaptation Program committees for new intervention and restoration strategies.

© 2020 The Authors. Global Change Biology published by John Wiley & Sons Ltd.