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深海水虱凭啥当上“绝食冠军”? 基因组分析找到答案

发布日期:2022-08-09 14:22   来源:未知   阅读:

  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,又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。而深海水虱是深海巨型等足类的代表性物种,因保持世界上最长的绝食时间纪录(5年以上)而广受关注。

  近日,中国科学院海洋研究所(以下简称中科院海洋所)李富花课题组和李新正课题组合作破译了国际上首个深海甲壳动物深海水虱的基因组,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。相关研究成果发表在生物学期刊《BMC生物学》(BMCBiology)上。

  此研究是中科院海洋所科研团队继深海软体动物和深海管虫等深海物种之后,首次报道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。近日,论文第一作者、中科院海洋所实验海洋生物学重点实验室副研究员袁剑波接受科技日报记者采访。

  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,又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。而深海水虱是深海巨型等足类的代表性物种,因保持世界上最长的绝食时间纪录(5年以上)而广受关注。

  袁剑波介绍,理论上讲,深海寡营养环境是一种极端环境,高压、无光、营养匮乏,所以通常对于体型较大、活跃型物种来说,深海环境并不适宜它们的生长,因为它们需要的绝对能量相对更多。

  “虽然我们提到深海环境可能不适合大型生物生活,但其实我们看到的具有体型巨大化的物种大部分都发现于深海环境下。”袁剑波说。

  吃得少、长得大,这种看似矛盾的现象是如何出现的?对于新研究的“主角”深海水虱来说,它之所以能够很好地适应寡营养环境,首先离不开它的“大胃”。

  研究人员发现,深海水虱有一个巨大的胃,完全被食物填满,占身体体积的近2/3,所以能够保证其在营养有限的环境下,尽可能地保存食物和营养。

  除了占身体体积近2/3的大胃外,深海水虱还有特异的组织脂质体用于存储有机物质。同时,该物种的代谢速率也非常低,还能高效利用营养,以达到其适应深海环境的目的。

  袁剑波表示,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,深海水虱基因组上含有大量糖代谢和膜泡运输相关的基因,这些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。

  “我们还把深海水虱与其亲缘类群对比,发现深海水虱脂质体内脂质的积累主要得益于较低的脂质代谢效率,而非高效的脂质合成能力。换言之,体型巨大的深海水虱之所以能够在深海寡营养环境下生存,在于它对营养的高效吸收和较低的代谢率。”袁剑波说,从目前来看,海洋环境下,某些具有体型巨大化的群体也符合这一规则。“在我们基因组研究中,我们发现与生长相关的信号通路,特别是一些激素信号通路上的基因在深海水虱基因组上都显著扩张了,这就揭示其拥有强化的生长信号通路,以帮助其实现体型巨大化。”袁剑波说。

  深海水虱这种超长绝食时间的现象是科学家这些年来一直关注的科研热点,袁剑波表示,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。其营养高效利用机制,以及其在营养缺乏的情况下的表现具有非常高的应用前景。

  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,又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。而深海水虱是深海巨型等足类的代表性物种,因保持世界上最长的绝食时间纪录(5年以上)而广受关注。

  近日,中国科学院海洋研究所(以下简称中科院海洋所)李富花课题组和李新正课题组合作破译了国际上首个深海甲壳动物深海水虱的基因组,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。相关研究成果发表在生物学期刊《BMC生物学》(BMCBiology)上。

  此研究是中科院海洋所科研团队继深海软体动物和深海管虫等深海物种之后,首次报道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。近日,论文第一作者、中科院海洋所实验海洋生物学重点实验室副研究员袁剑波接受科技日报记者采访。

  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,又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。而深海水虱是深海巨型等足类的代表性物种,因保持世界上最长的绝食时间纪录(5年以上)而广受关注。

  袁剑波介绍,理论上讲,深海寡营养环境是一种极端环境,高压、无光、营养匮乏,所以通常对于体型较大、活跃型物种来说,深海环境并不适宜它们的生长,因为它们需要的绝对能量相对更多。

  “虽然我们提到深海环境可能不适合大型生物生活,但其实我们看到的具有体型巨大化的物种大部分都发现于深海环境下。”袁剑波说。

  吃得少、长得大,这种看似矛盾的现象是如何出现的?对于新研究的“主角”深海水虱来说,它之所以能够很好地适应寡营养环境,首先离不开它的“大胃”。

  研究人员发现,深海水虱有一个巨大的胃,完全被食物填满,占身体体积的近2/3,所以能够保证其在营养有限的环境下,尽可能地保存食物和营养。

  除了占身体体积近2/3的大胃外,深海水虱还有特异的组织脂质体用于存储有机物质。同时,该物种的代谢速率也非常低,还能高效利用营养,以达到其适应深海环境的目的。

  袁剑波表示,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,深海水虱基因组上含有大量糖代谢和膜泡运输相关的基因,这些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。

  “我们还把深海水虱与其亲缘类群对比,发现深海水虱脂质体内脂质的积累主要得益于较低的脂质代谢效率,而非高效的脂质合成能力。换言之,体型巨大的深海水虱之所以能够在深海寡营养环境下生存,在于它对营养的高效吸收和较低的代谢率。”袁剑波说,从目前来看,海洋环境下,某些具有体型巨大化的群体也符合这一规则。“在我们基因组研究中,我们发现与生长相关的信号通路,特别是一些激素信号通路上的基因在深海水虱基因组上都显著扩张了,这就揭示其拥有强化的生长信号通路,以帮助其实现体型巨大化。”袁剑波说。

  深海水虱这种超长绝食时间的现象是科学家这些年来一直关注的科研热点,袁剑波表示,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。其营养高效利用机制,以及其在营养缺乏的情况下的表现具有非常高的应用前景。

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