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海洋所破譯首個深海甲殼動物(深海水虱)基因組

  近日,中國科學院海洋研究所研究員李富花課題組和研究員李新正課題組合作破譯了國際上首個深海甲殼動物——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環境適應的獨特分子遺傳機制。

  該研究是繼深海軟體動物和深海管蟲等深海物種之后,首次報導深海甲殼動物基因組,為揭示甲殼動物獨特的深海環境適應性進化和遺傳機制提供了重要分子證據。相關研究成果以Genome of a giant isopod, Bathynomus jamesi, provides insights into body size evolution and adaptation to deep-sea environment為題,發表在BMC Biology上。 

  等足類是甲殼動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。不同生態位的類群在體型上存在巨大差異,其中,深海等足類呈現出體型巨大化現象。理論上講,深海環境極其惡劣,其寡營養環境不利于巨型生物的生存,因巨型生物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,因保持世界上最長的絕食時間記錄(5年以上)而廣受關注。深海水虱基因組的破譯為揭示巨型甲殼動物適應深海寡營養環境的獨特分子機制提供了重要基礎。 

  研究人員完成了深海水虱基因組的測序和組裝,構建了高質量的基因組圖譜,其基因組組裝大小達5.89 Gb,是目前已測序甲殼動物中基因組最大的物種。研究發現其基因組中轉座元件的含量高達84%,是引起基因組擴張的重要原因。通過比較基因組學分析,研究人員發現深海水虱基因組內多條生長相關信號通路上的基因發生了顯著擴張,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化的生長相關信號通路密切相關。

  深海水虱擁有一個被填滿食物的巨大的胃,占身體體積的2/3,還具有發達的用于存儲有機物質的組織——脂質體。為了解析深海水虱營養高效利用機制,研究人員對深海水虱不同組織進行了轉錄組測序和分析,發現大量糖代謝和膜泡運輸相關的基因家族在深海水虱基因組上發生了顯著擴張,并且特異性地在胃和腸道中高表達,提示其可能與能量的高效利用相關。此外,研究人員發現脂質體內脂質的積累主要得益于其較低的脂質代謝效率,而非高效的脂質合成能力。 

  研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的資助。 

  論文鏈接 

圖1.不同生態位等足類體型結構特征 

 

圖2.深海水虱體型巨大化和營養高效利用相關通路


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