珊瑚礁是一個顯示了這顆星球上生物多樣性的標誌性區域，它們具有重要的生態、經濟和美學意義。然而，由於氣候變化和其他一些人爲因素，全球範圍內的珊瑚礁都正在減少。

以澳大利亞的大堡礁爲例，這個獨特的、極具經濟價值和文化意義的生態系統，橫跨了2000多千米的範圍，擁有600多種珊瑚和1600種魚類，但在氣候變化所導致的海水變暖的情形下，這裏出現了大規模的珊瑚白化和死亡的情況。

面對這樣的形勢，許多研究人員都將研究重心放在瞭如何幫助珊瑚礁適應現在的環境，以及如何幫助珊瑚礁從造成這種高溫脅迫的環境中恢復過來，防止進一步的惡化的問題上。因此，從生物分子層面瞭解可保護珊瑚免受高溫脅迫的基因和分子途徑，成了相關領域的科學家迫切希望實現的目標。

基因工程的出現，爲研究生物的基因功能提供了寶貴的工具。然而，對於研究珊瑚的科學家來說，雖然他們已經對一些特定基因和分子途徑的作用做出了推測，但是要對它們進行嚴格的測試仍然十分困難，主要原因就在於缺乏有效的工具來確定這些基因的功能。

幸而在過去的10多年間，CRISPR/Cas9基因“魔剪”的出現和發展，讓基因編輯成爲了一種研究非模式生物的基因功能的有效方法。在一篇新發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS）的研究中，一個國際科學家團隊利用CRISPR技術，確定了一種能影響珊瑚抵禦高溫脅迫能力的基因。

科學家能利用CRISPR來剪切DNA，並編輯其序列，從而對生物體的DNA做出精確改變，這種方法能準確地關閉某個特定的基因，或插入一段新的DNA，或替換一段DNA。2018年，研究人員就發現利用CRISPR技術是有可能讓珊瑚基因組出現精確突變的，只是當時他們無法確定這些特定靶基因的功能。

在最新的研究中，同一個研究團隊使用了一種更新的CRISPR方法來破壞珊瑚幼蟲體內的熱休克轉錄因子1，簡稱HSF1。之所以將注意力放在HSF1上，是因爲過去的研究表明，這種蛋白質編碼基因在一些模式生物（包括與之親緣關係很近的海葵）中起着關鍵作用，因此研究人員猜測它在珊瑚的熱反應中也具有重要作用。

研究人員將CRISPR注入到多孔軸孔珊瑚（Acropora millepora）的受精卵中，以使HSF1基因失活。| 圖片來源：Phillip Cleves /卡內基科學研究所 & Patrick Buerger / CSIRO

HSF1能對許多的高溫響應基因造成影響，它就像是啓動這些基因的一道“總開關”。研究人員預測，當這個“總開關”失活後，珊瑚的耐熱性會出現顯著的改變。研究結果證明，他們的預測是正確的。

在這項研究中，科學家選擇了一種常見的廣泛分佈於大堡礁的珊瑚物種——多孔軸孔珊瑚（Acropora millepora）作爲實驗目標。他們將專門針對HSF1基因的CRISPR/Cas9成分注入到受精的珊瑚卵中。結果表明，對於那些被關閉了HSF1的珊瑚幼蟲來說，它們可以在27℃的溫度下良好地存活；然而當水溫上升到34℃時，這些幼蟲會迅速死亡。相比之下，未經基因魔剪改變的、攜帶功能健全的基因的幼蟲，仍然可以在溫暖的水中存活。

廣泛存在於大堡礁上的多孔軸孔珊瑚（Acropora millepora），研究通過“集羣產卵”對它們進行了大規模繁殖。| 圖片來源：Mikaela Nordborg/Australian Institute of Marine Science

研究人員因此得出結論認爲，HSF1在珊瑚中發揮了重要的保護作用。更廣泛地說，利用CRISPR在珊瑚中引發的突變，將能讓研究人員對珊瑚幼蟲和以及成體珊瑚的基因功能進行更加廣泛和嚴格的測試。

研究人員認爲，從遺傳學的角度來研究這一問題，不僅能幫助我們更準確地預測珊瑚礁對氣候變化的反應，也能讓我們瞭解到一些新的針對珊瑚的保育工作的風險和益處。現在，科學家正在通過對耐熱珊瑚進行選擇性培育來提高珊瑚的適應能力，新的研究結果也將能對這些工作提供新的指導。