近日，中科院海洋所李富花研究員課題組和李新正研究員課題組合作破譯了國際上首個(gè)深海甲殼動(dòng)物——深海水虱（Bathynomus jamesi）的基因組，并揭示了深海水虱體型巨大化和深海寡營養(yǎng)環(huán)境適應(yīng)的獨(dú)特分子遺傳機(jī)制。
此研究是繼深海軟體動(dòng)物和深海管蟲等深海物種之后，首次報(bào)導(dǎo)深海甲殼動(dòng)物基因組，為揭示甲殼動(dòng)物獨(dú)特的深海環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化和遺傳機(jī)制提供了重要分子證據(jù)。相關(guān)研究成果 “Genome of a giant isopod, Bathynomus jamesi, provides insights into body size evolution and adaptation to deep?sea environment”發(fā)表在生物學(xué)Top期刊BMC Biology上。
等足類是甲殼動(dòng)物中少有的既包含水生、半陸生和完全陸生物種，包含深海和淺海物種的類群。不同生態(tài)位的類群在體型上存在巨大差異，其中，深海等足類呈現(xiàn)出體型巨大化現(xiàn)象。理論上講，深海環(huán)境極其惡劣，其寡營養(yǎng)環(huán)境不利于巨型生物的生存，因其需要更多的絕對能量。深海水虱是深海巨型等足類的代表性物種，它們因保持世界上最長的絕食時(shí)間記錄（5年以上）而廣受關(guān)注。深海水虱基因組的破譯為揭示巨型甲殼動(dòng)物適應(yīng)深海寡營養(yǎng)環(huán)境的獨(dú)特分子機(jī)制提供了重要基礎(chǔ)。
（不同生態(tài)位等足類體型結(jié)構(gòu)特征）
研究人員首先完成了深海水虱基因組的測序和組裝，構(gòu)建了高質(zhì)量的基因組圖譜，其基因組組裝大小達(dá)5.89 Gb，是目前已測序甲殼動(dòng)物中基因組最大的物種。研究發(fā)現(xiàn)其基因組中轉(zhuǎn)座元件的含量高達(dá)84%，是引起基因組擴(kuò)張的重要原因。通過比較基因組學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)深海水虱基因組內(nèi)多條生長相關(guān)信號通路上的基因發(fā)生了顯著擴(kuò)張，包括兩條激素信號通路（thyroid and insulin hormone signaling），mTOR信號通路和Hippo 信號通路，說明深海水虱體型巨大化的形成可能與其強(qiáng)化的生長相關(guān)信號通路密切相關(guān)。
（深海水虱體型巨大化和營養(yǎng)高效利用相關(guān)通路）
深海水虱擁有一個(gè)被填滿食物的巨大的胃，占身體體積的2/3，還具有發(fā)達(dá)的用于存儲(chǔ)有機(jī)物質(zhì)的組織——脂質(zhì)體。為了解析深海水虱營養(yǎng)高效利用機(jī)制，研究人員對深海水虱不同組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序和分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大量糖代謝和膜泡運(yùn)輸相關(guān)的基因家族在深海水虱基因組上發(fā)生了顯著擴(kuò)張，且特異性地在胃和腸道中高表達(dá)，提示其可能與能量的高效利用相關(guān)。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體內(nèi)脂質(zhì)的積累主要得益于其較低的脂質(zhì)代謝效率，而非高效的脂質(zhì)合成能力。
中科院海洋所袁劍波副研究員、張曉軍研究員和寇琦副研究員為文章共同第一作者，李富花研究員、李新正研究員和相建海研究員為文章通訊作者。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
（大眾日報(bào)客戶端記者 薄克國 通訊員 李河昭 報(bào)道）
