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海洋所破译首个深海甲壳动物(深海水虱)基因组

  近日,中科院海洋所李富花研究员课题组和李新正研究员课题组合作破译了国际上首个深海甲壳动物——深海水虱(Bathynomus jamesi)的基因组,并揭示了深海水虱体型巨大化和深海寡营养环境适应的独特分子遗传机制。

  此研究是继深海软体动物和深海管虫等深海物种之后,首次报导深海甲壳动物基因组,为揭示甲壳动物独特的深海环境适应性进化和遗传机制提供了重要分子证据。相关研究成果 Genome of a giant isopod, Bathynomus jamesi, provides insights into body size evolution and adaptation to deep-sea environment”发表在生物学Top期刊BMC Biology上。 

  等足类是甲壳动物中少有的既包含水生、半陆生和完全陆生物种,包含深海和浅海物种的类群。不同生态位的类群在体型上存在巨大差异,其中,深海等足类呈现出体型巨大化现象。理论上讲,深海环境极其恶劣,其寡营养环境不利于巨型生物的生存,因其需要更多的绝对能量。深海水虱是深海巨型等足类的代表性物种,它们因保持世界上最长的绝食时间记录(5年以上)而广受关注。深海水虱基因组的破译为揭示巨型甲壳动物适应深海寡营养环境的独特分子机制提供了重要基础。 

不同生态位等足类体型结构特征 

  研究人员首先完成了深海水虱基因组的测序和组装,构建了高质量的基因组图谱,其基因组组装大小达5.89 Gb,是目前已测序甲壳动物中基因组最大的物种。研究发现其基因组中转座元件的含量高达84%,是引起基因组扩张的重要原因。通过比较基因组学分析,研究人员发现深海水虱基因组内多条生长相关信号通路上的基因发生了显著扩张,包括两条激素信号通路(thyroid and insulin hormone signaling),mTOR信号通路和Hippo 信号通路,说明深海水虱体型巨大化的形成可能与其强化的生长相关信号通路密切相关。 

深海水虱体型巨大化和营养高效利用相关通路 

  深海水虱拥有一个被填满食物的巨大的胃,占身体体积的2/3,还具有发达的用于存储有机物质的组织——脂质体。为了解析深海水虱营养高效利用机制,研究人员对深海水虱不同组织进行了转录组测序和分析,结果发现大量糖代谢和膜泡运输相关的基因家族在深海水虱基因组上发生了显著扩张,且特异性地在胃和肠道中高表达,提示其可能与能量的高效利用相关。此外,研究人员发现脂质体内脂质的积累主要得益于其较低的脂质代谢效率,而非高效的脂质合成能力。 

  中科院海洋所袁剑波副研究员、张晓军研究员和寇琦副研究员为文章共同第一作者,李富花研究员、李新正研究员和相建海研究员为文章通讯作者。研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。 

 

  论文链接: 

  https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-022-01302-6 


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