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(yǎng)環(huán)境適應的獨特分子遺傳機制。

此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(huán)境適應性進化和遺傳機制提供了重要分子證據(jù)。相關研究成果 “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Top期刊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(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(yǎng)環(huán)境的獨特分子機制提供了重要基礎。

（不同生態(tài)位等足類體型結構特征）

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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)深海水虱基因組內多條生長相關信號通路上的基因發(fā)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。

（深海水虱體型巨大化和營養(yǎng)高效利用相關通路）

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(fā)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(yǎng)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，結果發(fā)現(xiàn)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(fā)生了顯著擴張，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(fā)現(xiàn)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。

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。研究得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等項目資助。

（大眾日報客戶端記者 薄克國 通訊員 李河昭 報道）