You are here

    • You are here:
    • Home > Researchers create critical new resource to boost coral reef conservation efforts

Researchers create critical new resource to boost coral reef conservation efforts

NewsNEWS

03
May
Mon, 03/05/2021 - 17:10

Researchers create critical new resource to boost coral reef conservation efforts

Stony corals pictured in their natural habitat in the Gulf of Eilat, at the northern tip of the Red Sea. Credit: Hagai Native/University of Haifa

EN CASTELLANO/EN CATALÀ

Researchers at the University of Haifa, the Weizmann Institute and the Centre for Genomic Regulation (CRG) have built the first atlas of all of the different types of cells in Stylophora pistillata, a reef-building stony coral native to the Indo-Pacific oceans. Published today in the journal Cell, the study is the first to detect the presence of specialized immune cells in corals.

The findings provide new insights into the molecular biology and evolution of corals and will aid present and future conservation efforts to protect coral reef ecosystems threatened by rising temperatures and ocean acidification.

The map reveals that Stylophora pistillata has 40 different cell types over the three main stages in their life cycle. The researchers found molecular mechanisms responsible for vital biological processes such as the formation of the coral’s skeleton, which serves as the habitat for a large number of marine species. The team also uncovered how corals establish a symbiotic relationship with the photosynthetic algae that reside within their cells.

The researchers were also surprised to discover the presence of specialized immune cells that employ many genes typically associated to immune cell function in vertebrates. It has been previously thought that innate immunity plays a role in preserving the health of algae symbionts, as well as resilience to rising temperatures and acidification, but until now no specialized immune cells have been reported in corals.

According to Dr. Tali Mass, one of the authors of the study and researcher at the University of Haifa, “Coral reefs play a critical role in the ecosystem of oceans and seas, since they provide a habitat for around 25% of animals in the sea and build the largest biogenic structures in the world. The warming of the seawater and rising acidity pose a threat to the future of coral reefs, and accordingly, the genetic sequencing we have completed is extremely important for the survival of coral reefs and the future of the oceans.”

According to Arnau Sebe Pedrós, co-author of the study and Group Leader at the CRG, “Our work systematically defines the molecular biology of coral cells. This cell atlas will help to better understand the responses of corals to raising temperatures and ocean acidification, and may even eventually help design interventions that boost the resilience of the coral reefs we still have left. This work is also a good example of how single-cell genomics technologies are revolutionizing our understanding of animal biodiversity and evolution, bridging the gap between genomes and organisms.”

The researchers built the cell atlas by using a method called single-cell RNA sequencing to measure the gene expression of each individual cell. In research, single-cell RNA sequencing is almost exclusively limited to species that can be grown in laboratory conditions. As stony corals are difficult to grow in lab conditions, researchers in Israel collected the corals at different stages in their life cycle in the Gulf of Eilat and then transported them to the Weizmann Institute and to the CRG in Barcelona for sequencing and analysis. The study is one of the few to carry out single-cell analysis in species sampled from the wild.

Stony corals are the foundation species for many coral reefs. They begin their life as a swimming larva that disperses and settles as a polyp. Polyps rapidly build a protein-rich matrix that forms a calcium carbonate skeleton, eventually developing into a colonial adult composed of many individual polys. Stony coral colonies are the main habitat for a huge diversity of marine species, which is why coral reefs are considered the rainforests of the sea.

Stony corals live in tropical seas by forming a symbiotic relationship with photosynthetic algae that lives within its cells. The algae provide photosynthetic products to the cell, which in turn provides the algae with carbon. The symbiotic relationship sustains the high energy demands of coral growth and reproduction, including the production of its skeleton.

In the last few decades, coral reefs have declined worldwide. The main drivers of this decline are rising ocean temperatures and acidification, which directly impact coral symbiosis by leading to coral bleaching, where corals expel the algae living in their tissues, as well as affecting skeleton formation through reduced calcification rates.

EN CASTELLANO

Crean un nuevo recurso esencial para impulsar la conservación de los arrecifes de coral

Equipos científicos del Centro de Regulación Genómica (CRG), en Barcelona, y la Universidad de Haifa y el Instituto Weizmann, en Israel, han creado el primer atlas completo de los diferentes tipos de células del Stylophora pistillata, un coral pétreo, formador de arrecifes y nativo de los océanos Indopacíficos. El estudio, publicado hoy en la revista Cell, es el primero en detectar la presencia de células inmunes especializadas en los corales.

Los hallazgos proporcionan nuevos conocimientos sobre la biología molecular y la evolución de los corales e impulsarán nuevos esfuerzos, presentes y futuros, para la conservación de los arrecifes de coral, ecosistemas amenazados por el aumento de las temperaturas y la acidificación de los océanos.

El mapa detalla 40 tipos de células diferentes en las tres etapas principales del ciclo de vida del Stylophora pistillata. El equipo científico ha encontrado los mecanismos moleculares responsables de procesos biológicos vitales como la formación del esqueleto del coral, que sirve de hábitat para una gran cantidad de especies marinas. El equipo también descubrió cómo los corales establecen una relación simbiótica con las algas fotosintéticas que residen dentro de sus células.

Los autores del estudio se sorprendieron al descubrir la presencia de células inmunes especializadas que emplean muchos genes típicamente asociados con la función de las células inmunes en los vertebrados. Existen teorías que indican que la inmunidad innata de los corales desempeña un papel en la preservación de la salud de los simbiontes de algas, así como en su resiliencia contra al aumento de las temperaturas y la acidificación, pero hasta ahora no se había reportado la existencia de células inmunes especializadas en los corales.

Según el Dr. Tali Mass, uno de los autores del estudio e investigador de la Universidad de Haifa, “los arrecifes de coral desempeñan un papel fundamental en el ecosistema de los océanos y los mares, ya que proporcionan un hábitat para alrededor del 25% de los animales marinos gracias a que construyen las estructuras biogénicas más grandes del mundo. La acidificación y el calentamiento del agua del mar representan una amenaza para el futuro de los arrecifes de coral. Por eso la secuenciación genética que hemos llevado a cabo es extremadamente importante para la supervivencia de los arrecifes de coral y el futuro de los océanos ".

“Nuestro trabajo define de manera sistemática la biología molecular de las células del coral. El atlas de células ayudará a comprender mejor las respuestas de los corales al aumento de la temperatura y la acidificación de los océanos, e incluso puede eventualmente ayudar a diseñar intervenciones que aumenten la resistencia de los arrecifes de coral que aún nos quedan,” afirma Arnau Sebé Pedrós, coautor del estudio y jefe de grupo del CRG. “Este trabajo también es un buen ejemplo de cómo las tecnologías de genómica de células individuales están revolucionando nuestra comprensión de la biodiversidad y la evolución animal, reduciendo la brecha entre los genomas y los organismos.”

El equipo científico desarrolló el atlas celular utilizando un método llamado secuenciación de ARN de células individuales. Esto permite medir la expresión génica de cada célula individual. Actualmente, esta tecnología se limita casi exclusivamente a las especies que pueden cultivarse en condiciones de laboratorio. Como los corales pétreos no se cultivan bien fuera de su entorno natural, el equipo científico en Israel recogió los corales en diferentes etapas de su ciclo de vida en el Golfo de Eilat y luego los transportaron al Instituto Weizmann en Israel y al CRG en Barcelona para su secuenciación y análisis. El estudio es uno de los pocos que lleva a cabo análisis unicelulares en especies muestreadas en la naturaleza.

Los corales pétreos son las especies fundamentales en muchos arrecifes de coral. Comienzan su vida como una larva nadadora que se dispersa y se asienta como un pólipo. Los pólipos construyen rápidamente una matriz rica en proteínas que forma un esqueleto de carbonato de calcio, que eventualmente se convierte en un adulto colonial compuesto por muchos pólipos individuales. Las colonias de corales pétreos son el hábitat principal para una gran diversidad de especies marinas, razón por la cual los arrecifes de coral son ‘las selvas tropicales’ del mar.

Los corales pétreos sobreviven en los mares tropicales gracias a la relación simbiótica con las algas fotosintéticas que viven dentro de sus células. Las algas proporcionan productos fotosintéticos a las células que, a su vez, proporcionan carbono a las algas. La relación simbiótica sostiene las altas demandas de energía del crecimiento y la reproducción del coral, incluyendo la producción de su esqueleto.

En las últimas décadas, los arrecifes de coral están en peligro en todo el mundo. El aumento de la temperatura del océano y su acidificación impactan directamente a la simbiosis de los corales. Esto provoca que los corales expulsen las algas que viven en sus tejidos, lo que causa el blanqueamiento de los arrecifes. Estos factores también afectan la formación del esqueleto reduciendo el ritmo de calcificación.

EN CATALÀ

Creen un nou recurs essencial per impulsar la conservació dels esculls de corall

Equips científics del Centre de Regulació Genòmica (CRG), a Barcelona, i la Universitat de Haifa i l’Institut Weizmann, a Israel, han creat el primer atles complet dels diferents tipus de cèl·lules de l’Stylophora pistillata, un coral petri formador d’esculls i nadiu dels oceans Indopacífics. L’estudi, publicat avui a la revista Cell, és el primer en detectar la presència de cèl·lules immunes especialitzades en els coralls.

Les troballes proporcionen nous coneixements sobre la biologia molecular i l’evolució dels coralls i impulsaran nous esforços, presents i futurs, per a la conservació dels esculls de corall, ecosistemes amenaçats per l’augment de les temperatures i l’acidificació dels oceans.

El mapa detalla 40 tipus de cèl·lules diferents en les tres etapes principals del cicle vital de l’Stylophora pistillata. L’equip científic ha trobat els mecanismes moleculars responsables de processos biològics vitals, com ara la formació de l’esquelet del corall, que serveix d’hàbitat per a una gran quantitat d’espècies marines. L’equip també descobrí com els coralls estableixen una relació simbiòtica amb les algues fotosintètiques que resideixen dins les seves cèl·lules.

Els autors de l’estudi se sorprengueren en descobrir la presència de cèl·lules immunes especialitzades que fan servir molts gens típicament associats amb la funció de les cèl·lules immunes als vertebrats. Existeixen teories que indiquen que la immunitat innata dels coralls exerceix un paper en la preservació de la salut dels simbionts d’algues, així com en la seva resiliència contra l’augment de les temperatures i l’acidificació, però fins ara no s’havia reportat l’existència de cèl·lules immunes especialitzades en els coralls.

Segons el Dr. Tali Mass, un dels autors de l’estudi i investigador de la Universitat de Haifa, “els esculls de corall desenvolupen un paper fonamental en l’ecosistema dels mars i oceans, ja que proporcionen un hàbitat per al voltant del 25% dels animals marins gràcies a què construeixen les estructures biogèniques més grans del món. L’acidificació i l’escalfament de l’aigua del mar representen una amenaça per al futur dels esculls de corall. Per això, la seqüenciació genètica que hem dut a terme és extremadament important per a la supervivència dels esculls de corall i el futur dels oceans”.

“El nostre treball defineix de manera sistemàtica de la  biologia molecular de les cèl·lules del corall. L’atles de cèl·lules ajudarà a comprendre millor les respostes dels coralls a l’augment de la temperatura i l’acidificació dels oceans, i fins i tot pot eventualment ajudar a dissenyar intervencions que augmentin la resistència dels esculls de corall que encara ens queden,” afirma Arnau Sebé Pedrós, coautor de l’estudi i cap de grup del CRG. “Aquest estudi també és un bon exemple de com les tecnologies de genòmica de cèl·lules individuals estan revolucionant la nostra comprensió de la biodiversitat i l’evolució animal, reduint la bretxa entre els genomes i els organismes.”

L’equip científic desenvolupà l’atles cel·lular emprant un mètode anomenat seqüenciació d’ARN de cèl·lules individuals. Això permet mesurar l’expressió gènica de cada cèl·lula individual. Actualment, aquesta tecnologia es limita gairebé exclusivament a les espècies que es poden cultivar en condicions de laboratori. Com els corals petris no es cultiven bé fora de seu entorn natural, l’equip científic a Israel recollí els coralls en diferents etapes del seu cicle vital al Golf d’Eliat i després els transportaren a l’Institut Weizmann a Israel i al CRG a Barcelona per a la seqüenciació i l’anàlisi. L’estudi és un dels pocs que duu a terme anàlisis unicel·lulars en espècies mostrejades a la natura.

Els corals petris són les espècies fonamentals en molts esculls de corall. Comencen la seva vida com una larva nedadora que es dispersa i s’assenta com un pòlip. Els pòlips construeixen ràpidament una matriu rica en proteïnes que forma un esquelet de carbonat de calci, que eventualment es converteix en un adult colonial compost de molts pòlips individuals. Les colònies de corals petris són l’hàbitat principal per a una gran diversitat d’espècies marines, raó per la qual els esculls de corall són ‘les selves tropicals’ del mar.

Els corals petris sobreviuen als mars tropicals gràcies a la seva relació simbiòtica amb les algues fotosintètiques que viuen dins les seves cèl·lules. Les algues proporcionen productes fotosintètics a les cèl·lules, les quals, a canvi, proporcionen carboni a les algues. La relació simbiòtica sosté les altes demandes d’energia del creixement i la reproducció del corall, incloent-hi la producció del seu esquelet.

En les darreres dècades, els esculls de corall estan en perill a tot el món. L’augment de la temperatura de l’oceà i la seva acidificació impacten directament la simbiosi dels coralls. Això provoca que els coralls expulsin les algues que viuen en els seus teixits, fet que causa l’emblanquiment dels esculls. Aquests factors també afecten la formació de l’esquelet reduint el ritme de calcificació.