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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錄（5年以上）而廣受關注。
近日，中國科學院海洋研究所（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)境適應的獨特分子遺傳機制。相關研究成果發(fā)表在生物學期刊《BMC生物學》（BMC Biology）上。
此研究是中科院海洋所科研團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)。近日，論文第一作者、中科院海洋所實驗海洋生物學重點實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錄（5年以上）而廣受關注。
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)，以達到其適應深海環(huán)境的目的。
袁劍波表示，為了解析深海水虱營養(yǎng)高效利用機制，研究人員對深海水虱不同組織進行了轉(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輸相關的基因，這些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。
“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張了，這就揭示其擁有強化的生長信號通路，以幫助其實現(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)象是科學家這些年來一直關注的科研熱點，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深海寡營養(yǎng)環(huán)境的獨特分子機制提供了重要基礎。其營養(yǎng)高效利用機制，以及其在營養(yǎng)缺乏的情況下的表現(xiàn)具有非常高的應用前景。
