破解俗稱(chēng)“白瓜貝”的深海蜆以及存活于其鰓中的化能自養(yǎng)細(xì)菌的基因組
圖中展示白瓜貝將足伸入沉積物以獲取硫化氫。及存由于血液中含有血紅蛋白用作輸送氣體，其鰓白瓜貝的中的自養(yǎng)足與外套膜均呈紅色，這是細(xì)菌一種應(yīng)對(duì)低氧環(huán)境的適應(yīng)方式。（浸大學(xué)生 胡俊彤 繪)
（神秘的因組地球uux.cn報(bào)道）據(jù)EurekAlert!：由香港浸會(huì)大學(xué)（浸大）領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究，破解了俗稱(chēng)「白瓜貝」的白瓜貝無(wú)錫外圍預(yù)約流程（電話微信365-*2895）無(wú)錫外圍真實(shí)可靠快速安排深海蜆（Archivesica marissinica），以及存活于其鰓中的破解化能自養(yǎng)細(xì)菌（Candidatus Vesicomyosocius marissinica）的基因組。通過(guò)分析他們的深的基基因組及基因表達(dá)模式，研究團(tuán)隊(duì)揭開(kāi)了兩者的海蜆活于化共生關(guān)系，以及如何讓白瓜貝在深海的及存極端環(huán)境中生存的分子機(jī)制。
有關(guān)研究結(jié)果已發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《分子生物與進(jìn)化》。其鰓
由于缺乏光合作用衍生的有機(jī)物，深海一度被認(rèn)為是生命荒漠，只有極少量生物棲息。然而，白瓜貝經(jīng)常大量出現(xiàn)于全球深海的海底熱泉和冷泉區(qū)。在這些深海環(huán)境中，陽(yáng)光無(wú)法穿透，而硫化氫等有毒物質(zhì)則從海床釋放。白瓜貝的腸道和消化系統(tǒng)已經(jīng)退化，依賴(lài)鰓表皮細(xì)胞內(nèi)的共生細(xì)菌通過(guò)「化能合成」的方式獲取能量與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。但這種共生關(guān)系從何時(shí)建立起來(lái)，以及白瓜貝與其共生細(xì)菌之間如何進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)仍然不詳。
首次發(fā)現(xiàn)蜆與細(xì)菌間的「水平基因轉(zhuǎn)移」
由浸大生物系副系主任兼教授邱建文教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，從南中國(guó)海一處1,360米深的冷泉區(qū)采集了白瓜貝樣本，然后對(duì)它及其共生細(xì)菌的基因組進(jìn)行測(cè)序，探究?jī)烧叱晒⒐采P(guān)系背后的基因組特征。
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)早在1.28億年前的恐龍年代，白瓜貝的祖先已經(jīng)從它們的淺水近親分化出來(lái)。是次研究顯示白瓜貝基因組中含有28個(gè)基因是從化能自養(yǎng)細(xì)菌的祖先轉(zhuǎn)移而來(lái)。這是首次發(fā)現(xiàn)有基因通過(guò)「水平基因轉(zhuǎn)移」從細(xì)菌轉(zhuǎn)移至雙殼軟體動(dòng)物。 「水平基因轉(zhuǎn)移」是把遺傳物質(zhì)在沒(méi)有遺傳關(guān)系的物種之間傳遞的過(guò)程。
研究還發(fā)現(xiàn)白瓜貝有著以下的特征，有利它們很好地適應(yīng)極端的深海環(huán)境：
（一）化能合成作用
白瓜貝依賴(lài)「化學(xué)自營(yíng)細(xì)菌」來(lái)制造生存所需養(yǎng)分。它們從海底沉積物吸收硫化氫，以及從海水吸收氧氣及二氧化碳，再轉(zhuǎn)移至鰓細(xì)胞內(nèi)的共生細(xì)菌，通過(guò)細(xì)菌的化能合成作用產(chǎn)生所需的能量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。有關(guān)過(guò)程可參考圖1。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)白瓜貝體內(nèi)與呼吸作用和物質(zhì)擴(kuò)散等細(xì)胞代謝過(guò)程相關(guān)的基因家族有所擴(kuò)張。這些過(guò)程包括產(chǎn)生能量和碳合成過(guò)程所需的氣體輸送、共生體內(nèi)的微細(xì)分子和蛋白質(zhì)傳送，以及內(nèi)共生細(xì)菌數(shù)量的調(diào)控，有利宿主從共生細(xì)菌獲取足夠營(yíng)養(yǎng)。
（二）不再以浮游植物為食物
浮游植物是海洋食物鏈的主要基層食物來(lái)源，纖維素酶則是一種能分解浮游植物纖維素的蛋白酶。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)白瓜貝缺少纖維素酶基因，這可能是白瓜貝的祖先為適應(yīng)由原本以浮游植物作為食物來(lái)源，變?yōu)橐揽考?xì)菌供給養(yǎng)份所作出的演化。
（三）硫代謝途徑的適應(yīng)
這種互惠共生關(guān)系的奧秘，亦隱藏于共生細(xì)菌的基因組。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)白瓜貝鰓內(nèi)的共生細(xì)菌發(fā)生了明顯的基因組收縮，僅相等于自由生活的近親物種基因組大小的約百分之四十。然而，其共生細(xì)菌的基因組卻保留了完整和活躍的硫代謝途徑，以及合成20種常見(jiàn)氨基酸和其他重要營(yíng)養(yǎng)素的能力。這些結(jié)果顯示出共生細(xì)菌所產(chǎn)生的能量和提供的養(yǎng)份，對(duì)于維持這種共生關(guān)系的重要性。
（四）攜氧能力的提升
血紅蛋白是一種在許多生物的血液和組織中均會(huì)發(fā)現(xiàn)的金屬蛋白。有別于脊椎動(dòng)物，軟體動(dòng)物通常不依靠血紅蛋白來(lái)攜帶氧氣。不過(guò)，研究團(tuán)隊(duì)卻在白瓜貝體內(nèi)發(fā)現(xiàn)幾種高度表達(dá)的血紅蛋白基因，意味著白瓜貝有更高的攜氧能力，以提升在深海低氧環(huán)境中生存的能力。 。
邱教授說(shuō)：「過(guò)去有關(guān)深海共生關(guān)系的研究，大多數(shù)僅集中在細(xì)菌上。這是首次同時(shí)對(duì)棲息于深海的蜆及其共生細(xì)菌的基因組進(jìn)行系統(tǒng)研究。該研究旨在探索共生關(guān)系的多樣性以及深海共生體系的進(jìn)化機(jī)制，從而了解無(wú)脊椎生物在深海極端環(huán)境生存的遺傳機(jī)制。」
這項(xiàng)研究由浸大和浸大深圳研究院的科學(xué)家，聯(lián)同香港科技大學(xué)南方海洋科學(xué)與工程廣東實(shí)驗(yàn)室（廣州）香港分部、香港城市大學(xué)、日本國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人海洋研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)、中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所，以及廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局共同進(jìn)行。 |
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