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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，又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。而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紀(jì)錄（5年以上）而廣受關(guān)注。
近日，中國科學(xué)院海洋研究所（以下簡稱中科院海洋所）李富花課題組和李新正課題組合作破譯了國際上首個深海甲殼動物——深海水虱的基因組，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。相關(guān)研究成果發(fā)表在生物學(xué)期刊《BMC生物學(xué)》（BMC Biology）上。
此研究是中科院海洋所科研團(tuán)隊繼深海軟體動物和深海管蟲等深海物種之后，首次報道深海甲殼動物基因組，為揭示甲殼動物獨(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)。近日，論文第一作者、中科院海洋所實(shí)驗海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室副研究員袁劍波接受科技日報記者采訪。
大胃讓深海水虱得以保存更多食物
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，又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。而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紀(jì)錄（5年以上）而廣受關(guān)注。
袁劍波介紹，理論上講，深海寡營養(yǎng)環(huán)境是一種極端環(huán)境，高壓、無光、營養(yǎng)匱乏，所以通常對于體型較大、活躍型物種來說，深海環(huán)境并不適宜它們的生長，因為它們需要的絕對能量相對更多。
“雖然我們提到深海環(huán)境可能不適合大型生物生活，但其實(shí)我們看到的具有體型巨大化的物種大部分都發(fā)現(xiàn)于深海環(huán)境下。”袁劍波說。
吃得少、長得大，這種看似矛盾的現(xiàn)象是如何出現(xiàn)的？對于新研究的“主角”深海水虱來說，它之所以能夠很好地適應(yīng)寡營養(yǎng)環(huán)境，首先離不開它的“大胃”。
研究人員發(fā)現(xiàn)，深海水虱有一個巨大的胃，完全被食物填滿，占身體體積的近2/3，所以能夠保證其在營養(yǎng)有限的環(huán)境下，盡可能地保存食物和營養(yǎng)。
代謝慢也是長時間絕食的關(guān)鍵
除了占身體體積近2/3的大胃外，深海水虱還有特異的組織——脂質(zhì)體用于存儲有機(jī)物質(zhì)。同時，該物種的代謝速率也非常低，還能高效利用營養(yǎng)，以達(dá)到其適應(yīng)深海環(huán)境的目的。
袁劍波表示，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)，深海水虱基因組上含有大量糖代謝和膜泡運(yùn)輸相關(guān)的基因，這些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)。
“我們還把深海水虱與其親緣類群對比，發(fā)現(xiàn)深海水虱脂質(zhì)體內(nèi)脂質(zhì)的積累主要得益于較低的脂質(zhì)代謝效率，而非高效的脂質(zhì)合成能力。換言之，體型巨大的深海水虱之所以能夠在深海寡營養(yǎng)環(huán)境下生存，在于它對營養(yǎng)的高效吸收和較低的代謝率。”袁劍波說，從目前來看，海洋環(huán)境下，某些具有體型巨大化的群體也符合這一規(guī)則。“在我們基因組研究中，我們發(fā)現(xiàn)與生長相關(guān)的信號通路，特別是一些激素信號通路上的基因在深海水虱基因組上都顯著擴(kuò)張了，這就揭示其擁有強(qiáng)化的生長信號通路，以幫助其實(shí)現(xiàn)體型巨大化。”袁劍波說。
深海水虱這種超長絕食時間的現(xiàn)象是科學(xué)家這些年來一直關(guān)注的科研熱點(diǎn)，袁劍波表示，深海水虱基因組的破譯為揭示巨型甲殼動物適應(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)。其營養(yǎng)高效利用機(jī)制，以及其在營養(yǎng)缺乏的情況下的表現(xiàn)具有非常高的應(yīng)用前景。
