Background The rising temperature of the world's oceans has become a major threat to coral reefs globally as the severity and frequency of mass coral bleaching and mortality events increase. In 2005, high ocean temperatures in the tropical Atlantic and Caribbean resulted in the most severe bleaching event ever recorded in the basin. Methodology/Principal Findings Satellite-based tools provided warnings for coral reef managers and scientists, guiding both the timing and location of researchers' field observations as anomalously warm conditions developed and spread across the greater Caribbean region from June to October 2005. Field surveys of bleaching and mortality exceeded prior efforts in detail and extent, and provided a new standard for documenting the effects of bleaching and for testing nowcast and forecast products. Collaborators from 22 countries undertook the most comprehensive documentation of basin-scale bleaching to date and found that over 80% of corals bleached and over 40% died at many sites. The most severe bleaching coincided with waters nearest a western Atlantic warm pool that was centered off the northern end of the Lesser Antilles. Conclusions/Significance Thermal stress during the 2005 event exceeded any observed from the Caribbean in the prior 20 years, and regionally-averaged temperatures were the warmest in over 150 years. Comparison of satellite data against field surveys demonstrated a significant predictive relationship between accumulated heat stress (measured using NOAA Coral Reef Watch's Degree Heating Weeks) and bleaching intensity. This severe, widespread bleaching and mortality will undoubtedly have long-term consequences for reef ecosystems and suggests a troubled future for tropical marine ecosystems under a warming climate.

Abstract Stony Coral Tissue Loss Disease (SCTLD) is a devastating disease. Since 2014, it has spread along the entire Florida Reef Tract, presumably via a water-borne vector, and into the greater Caribbean. It was first detected in the United States Virgin Islands (USVI) in January 2019. To more quickly identify disease biomarker microbes, we developed a rapid pipeline for microbiome sequencing. Over a span of 10 days we collected, processed, and sequenced coral tissue and near-coral seawater microbiomes from diseased and apparently healthy Colpophyllia natans , Montastraea cavernosa , Meandrina meandrites and Orbicella franksi . Analysis of the resulting bacterial and archaeal 16S ribosomal RNA sequences revealed 25 biomarker amplicon sequence variants (ASVs) enriched in diseased tissue. These biomarker ASVs were additionally recovered in near-coral seawater (within 5 cm of coral surface), a potential recruitment zone for pathogens. Phylogenetic analysis of the biomarker ASVs belonging to Vibrio, Arcobacter, Rhizobiaceae, and Rhodobacteraceae revealed relatedness to other coral disease-associated bacteria and lineages novel to corals. Additionally, four ASVs ( Algicola , Cohaesibacter , Thalassobius and Vibrio ) were exact sequence matches to microbes previously associated with SCTLD. This work represents the first rapid coral disease sequencing effort and identifies biomarkers of SCTLD that could be targets for future SCTLD research.

ABSTRACT Stony coral tissue loss disease (SCTLD) has been causing significant whole colony mortality on reefs in Florida and the Caribbean. The cause of SCTLD remains unknown, with limited concurrence of SCTLD-associated bacteria among studies. We conducted a meta-analysis of SSU 16S ribosomal RNA gene datasets generated by 16 field and laboratory SCTLD studies to find consistent bacteria associated with SCTLD across disease zones (vulnerable, endemic, and epidemic), coral species, coral compartments (mucus, tissue, and skeleton), and disease states (apparently healthy colony tissue [AH], and unaffected [DU] and lesion [DL] tissue from diseased colonies). We also evaluated bacteria in seawater and sediment, which may be sources of SCTLD transmission. Although AH colonies in endemic and epidemic zones harbor bacteria associated with SCTLD lesions, and aquaria and field samples had distinct microbial compositions, there were still clear differences in the microbial composition among AH, DU, and DL in the combined dataset. Alpha diversity between AH and DL was not different; however, DU showed increased alpha diversity compared to AH, indicating that, prior to lesion formation, corals may undergo a disturbance to the microbiome. This disturbance may be driven by Flavobacteriales, which were especially enriched in DU. While Rhodobacterales and Peptostreptococcales-Tissierellales were prominent in structuring microbial interactions in DL. Peptostreptococcales-Tissierellales specifically may contribute to lesion progression through an alpha-toxin. We provide a consensus of SCTLD-associated bacteria both prior to and during lesion progression and identify how these taxa vary across studies, coral species, coral compartments, seawater, and sediment.

Abstract Gene family complexity and its influence on expression dynamics has long been theorized to be an important source of adaptation in natural systems through providing novel genetic material and influencing gene dosage. There is now growing empirical support for this theory; however, this process has only been demonstrated in a limited number of systems typically using recently diverged species or populations. In particular, examples of how this process operates in basal animals with deeper species splits has not been well explored. To address this issue, we investigated the evolution of gene family complexity in five species of common Caribbean coral. We demonstrate widespread divergence in gene repertoires owing to slow rates of gene turnover occurring along deep species splits. The resulting differences in gene family complexity involve numerous biologic processes, shedding light on to the selective forces that have influenced the evolution of each species. By coupling these findings with gene expression data, we show that increased gene family complexity promotes increased expression divergence between species, indicating an interplay between gene family complexity and expression divergence. Finally, we show that immune genes are evolving particularly fast demonstrating the importance of interactions with other organisms in the evolutionary history of Caribbean corals. Overall, these findings provide support for gene copy number change as an important evolutionary force in Caribbean corals, which may influence their ability to persist in a rapidly changing environment.

Background Echinoderms play crucial roles in coral reef ecosystems, where they are significant detritivores and herbivores. The phylum is widely known for its boom and bust cycles, driven by food availability, predation pressure and mass mortalities. Hence, surveillance of potential pathogens and associates of grossly normal specimens is important to understanding their roles in ecology and mass mortality. Methods We performed viral surveillance in two common coral reef echinoderms, Diadema antillarum and Holothuria floridana , using metagenomics. Urchin specimens were obtained during the 2022 Diadema antillarum scuticociliatosis mass mortality event from the Caribbean and grossly normal H. floridana specimens from a reef in Florida. Viral metagenomes were assembled and aligned against viral genomes and protein encoding regions. Metagenomic reads and previously sequenced transcriptomes were further investigated for putative viral elements by Kraken2. Results D. antillarum was devoid of viruses typically seen in echinoderms, but H. floridana yielded viral taxa similar to those found in other sea cucumbers, including Pisoniviricetes (Picornaviruses), Ellioviricetes (Bunyaviruses), and Magsaviricetes (Nodaviruses). The lack of viruses detected in D. antillarum may be due to the large amount of host DNA in viral metagenomes, or because viruses are less abundant in D. antillarum tissues when compared to H. floridana tissues. Our results also suggest that RNA amplification approach may influence viral representation in viral metagenomes. While our survey was successful in describing viruses associated with both echinoderms, our results indicate that viruses are less pronounced in D. antillarum than in other echinoderms. These results are important in context of wider investigation on the association between viruses and D. antillarum mass mortalities, since the conventional method used in this study was unsuccessful.