近期，國際權(quán)威期刊Nature子刊NatureCommunications在線發(fā)表了海洋國家實驗室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實驗室學(xué)術(shù)帶頭人、中國海洋大學(xué)包振民院士團(tuán)隊的最新論文《扇貝基因組揭示其對半附著生活方式和神經(jīng)毒素耐受的分子適應(yīng)機制》。扇貝和貽貝、珍珠貝一樣，是附著在淺海巖石或沙質(zhì)海底生活的，一般右邊的殼在下、左邊的殼在上平鋪于海底，平時不大活動，但當(dāng)感到環(huán)境不適時，能主動把足絲脫落，做較小范圍的游泳，尤其是幼小的扇貝，用貝殼迅速開合排水，游泳很快，這在雙殼類中是比較特殊的。

另外，扇貝以絢麗多彩的外殼為人們所熟知，其半附著生活方式，具有碩大閉殼肌以支撐其游泳能力，擁有眾多發(fā)達(dá)的鏡眼以尋覓合適的棲息地及躲避敵害，可分泌足絲營暫時性附著生活以及積累并耐受高濃度藻源性神經(jīng)毒素，探索這些適應(yīng)性性狀產(chǎn)生的分子基礎(chǔ)有助于理解雙殼貝類是如何通過進(jìn)化以適應(yīng)不同的生境。

揭示扇貝足絲粘附的關(guān)鍵組分

包振民院士團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)完成了櫛孔扇貝首張高質(zhì)量全基因組圖譜繪制。通過研究發(fā)現(xiàn)，控制能量供給的關(guān)鍵酶——精氨酸激酶在扇貝閉殼肌中的表達(dá)量高，對其實現(xiàn)爆發(fā)式游泳能力至關(guān)重要。扇貝通過高表達(dá)產(chǎn)能步驟的相關(guān)基因而低表達(dá)耗能步驟的相關(guān)基因，以實現(xiàn)更高的產(chǎn)能效率。與脊椎動物不同，扇貝肌肉呈現(xiàn)“分子雜合”狀態(tài)，即脊椎動物橫紋肌和平滑肌標(biāo)志基因在扇貝相應(yīng)類型肌肉中均呈共表達(dá)現(xiàn)象，且這種“分子雜合”現(xiàn)象很可能是動物肌肉的一種古老的存在形態(tài)。

對扇貝眼睛的研究發(fā)現(xiàn)，其高表達(dá)的視蛋白r-opsin基因為通過反轉(zhuǎn)座機制產(chǎn)生的無內(nèi)含子基因，為其實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生大量視蛋白提供進(jìn)化優(yōu)勢，視蛋白基因家族通過擴(kuò)張及增加關(guān)鍵功能位點的新突變以拓展對不同波長光譜感知的敏感性。扇貝具有功能特化的足，通過全面解析足絲分泌的時空調(diào)控模式，揭示了擴(kuò)張的酪氨酸酶基因家族在扇貝足絲分泌和粘附過程中所起的重要調(diào)控作用。扇貝足絲粘附的關(guān)鍵組分與已知貽貝相關(guān)組分存在很大不同，為開發(fā)新型“濕粘附”材料奠定了基礎(chǔ)。

扇貝腎是轉(zhuǎn)化毒素最主要的器官

此外，研究發(fā)現(xiàn)扇貝對高濃度藻源毒素的耐受能力，主要通過改變Na離子通道關(guān)鍵位點及表達(dá)量來實現(xiàn),使貝類能夠提升數(shù)十倍乃至上萬倍的毒素抗性。研究還意外發(fā)現(xiàn)扇貝的腎是積累和轉(zhuǎn)化毒素最主要的器官，這也是一個突破性的發(fā)現(xiàn),此前腎在貝類毒素研究中一直是被忽視的一個器官。研究發(fā)現(xiàn)扇貝肝胰腺和腎作為兩個主要“毒素中心”,前者主要負(fù)責(zé)毒素吸收和轉(zhuǎn)運,而后者主要負(fù)責(zé)毒素轉(zhuǎn)化和代謝,其中磺基轉(zhuǎn)移酶在毒素轉(zhuǎn)化中起著重要作用。上述研究拓展和加深了當(dāng)前學(xué)界對扇貝半附著生活方式和神經(jīng)毒素耐受的組學(xué)調(diào)控基礎(chǔ)的認(rèn)識，為理解雙殼貝類適應(yīng)性性狀的進(jìn)化起源提供了新的認(rèn)知。

此研究是本年度該研究團(tuán)隊在扇貝基因組解析和動物進(jìn)化領(lǐng)域獲得的又一重要研究成果,凸顯了海洋國家實驗室在海洋生命過程與資源利用研究領(lǐng)域的國際前沿地位。