海洋所在甲殼動(dòng)物適應(yīng)深海熱液、冷泉環(huán)境分子機(jī)制方面獲新進(jìn)展
近日,海洋所沙忠利團(tuán)隊(duì)在甲殼動(dòng)物適應(yīng)深海熱液、冷泉環(huán)境分子機(jī)制方面取得新進(jìn)展,相關(guān)成果以封面文章發(fā)表于深海研究領(lǐng)域重要國際期刊Deep-Sea Research Part I。
深海化能合成生態(tài)系統(tǒng)主要包括熱液、冷泉和其他還原型生態(tài)系統(tǒng)(如鯨落),其中深海熱液和冷泉活動(dòng)是海底流體活動(dòng)最為直觀的表現(xiàn)形式之一,一直處在國際海洋科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域。熱液和冷泉雖然同為深?;芎铣缮鷳B(tài)系統(tǒng),但二者成因和分布不同,環(huán)境特征也存在較大差別。鎧甲蝦是深海化能極端環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)甲殼動(dòng)物之一,中國科學(xué)院海洋研究所沙忠利團(tuán)隊(duì)前期對(duì)西太平洋沖繩熱液區(qū)和南海冷泉區(qū)共有優(yōu)勢(shì)甲殼物種柯氏潛鎧蝦Shinkaia crosnieri Baba and Williams, 1998開展了簡化基因組和比較轉(zhuǎn)錄組分析,從多角度揭示了深海甲殼動(dòng)物微進(jìn)化和環(huán)境適應(yīng)的遺傳基礎(chǔ),相關(guān)成果吸引了系統(tǒng)學(xué)、進(jìn)化生物學(xué)及生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域國際同行的關(guān)注,相繼被 Trends in Ecology and Evolution,Global Change Biology,Molecular Biology and Evolution等國際權(quán)威期刊引用和論證。
除了柯氏潛鎧蝦,勞盆擬刺鎧蝦Munidopsis lauensis Baba and de Saint Laurent,1992也是少數(shù)能夠在熱液、冷泉均有分布的甲殼動(dòng)物之一。聚焦深海熱液與冷泉生物群落對(duì)環(huán)境適應(yīng)機(jī)制是否存在差異這一科學(xué)問題,團(tuán)隊(duì)對(duì)依托國家大科學(xué)裝置“科學(xué)”號(hào)在西太平洋馬努斯熱液區(qū)和南海冷泉區(qū)采集的勞盆擬刺鎧蝦開展了多組織轉(zhuǎn)錄組測(cè)序與分析。研究發(fā)現(xiàn),不同組織共有的差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄本呈現(xiàn)出環(huán)境相關(guān)的聚類模式,提示存在環(huán)境介導(dǎo)的基因表達(dá)模式。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),與抗氧化、解毒、DNA損傷修復(fù)以及先天免疫相關(guān)的基因大多在熱液個(gè)體中表達(dá)上調(diào)??紤]到馬努斯熱液和南海冷泉環(huán)境中的硫化氫濃度差異以及硫化氫的細(xì)胞毒性,對(duì)參與硫化氫代謝與解毒的基因進(jìn)行了篩選與分析,發(fā)現(xiàn)線粒體硫化氫氧化、內(nèi)源性硫化氫合成及氧化磷酸化相關(guān)的基因均發(fā)生顯著的差異表達(dá),且大部分基因在熱液個(gè)體中表達(dá)上調(diào)。

圖 勞盆擬刺鎧蝦Munidopsis lauensis分布于熱液、冷泉不同深?;墉h(huán)境(上)及調(diào)節(jié)關(guān)鍵環(huán)境適應(yīng)性基因的表達(dá)模式以適應(yīng)不同深海熱液、冷泉環(huán)境(下)
這些結(jié)果揭示出勞盆擬刺鎧蝦可能通過調(diào)節(jié)環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵基因表達(dá)模式以適應(yīng)不同的深?;墉h(huán)境,如不同的硫化氫、重金屬濃度與微生物組成等。該研究與團(tuán)隊(duì)前期對(duì)柯氏潛鎧蝦的研究發(fā)現(xiàn)相互印證,共同揭示出環(huán)境適應(yīng)關(guān)鍵基因的表達(dá)分化可能是甲殼動(dòng)物適應(yīng)不同深海熱液、冷泉環(huán)境的重要策略,豐富了對(duì)深海大型生物環(huán)境適應(yīng)機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
程嬌副研究員和研究生閆晗為論文共同第一作者,沙忠利研究員為通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目、嶗山實(shí)驗(yàn)室“十四五”重大項(xiàng)目和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
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2. Jiao Cheng, Min Hui, Yulong Li, Zhongli Sha*. Genomic evidence of population genetic differentiation in deep-sea squat lobster Shinkaia crosnieri (Crustacea: Decapoda: Anomura) from Northwestern Pacific hydrothermal vent and cold seep. Deep-sea Research Part I, 2020, 156: 103188. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2019.103188?
3. Jiao Cheng, Min Hui, Zhongli Sha*. Transcriptomic analysis reveals insights into deep-sea adaptations of the dominant species, Shinkaia crosnieri (Crustacea: Decapoda: Anomura), inhabiting both hydrothermal vents and cold seeps. BMC Genomics, 2019, 20: 388. https://doi.org/10.1186/s12864-019-5753-7
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