网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Cell | 罕见五位研究员/教授共同一作!中科院、港中文等团队发表最新成果

0
分享至

深海环境长期面临食物匮乏、低温、高压等极端挑战。

然而生活在深海中的超巨型等足类(Bathynomus jamesi)却拥有令人难以置信的生存能力-在没有食物的情况下存活超过5年。

更令人困惑的是,这种动物不仅能够长期耐受饥饿,还演化出了巨大的体型。


近期,中国科学院海洋研究所、香港中文大学等团队(第一作者袁剑波研究员、张晓军研究员、李诗豪研究员、王昆教授和孙亚民研究员)在Cell发表题为“Deep-sea megafauna co-opts microbial energy metabolism genes to withstand ultra-long starvation”的研究,该研究通过基因组学、转录组学、宏基因组学、表观遗传学以及跨物种功能验证,揭示了一套全新的深海生存机制:深海等足虫通过水平基因转移获得微生物来源的ND1基因,并利用该基因重塑能量分配,从而实现超长时间饥饿耐受。

深海巨型等足虫如何维持超长时间饥饿?

为了解释深海大王具足虫为何能够长期耐受饥饿,作者首先比较了不同栖息深度等足类动物的形态和代谢特征,包括潮间带等足类 Cleantiella isopus、栖息于约300 m深度的 Bathynomus doederleini 以及约900 m深度的超巨型等足虫 Bathynomus jamesi。结果发现,随着栖息深度增加,等足类体型明显增大,呈现典型的“bigger-deeper”模式(图 1A)。与此同时,深海物种还拥有显著扩张的胃部结构,其中 B. jamesi 的胃几乎占据体腔的三分之二,显示出极强的食物储存能力(图 1A-C)。


图1. 两种具有不同胃部食物储存能力和基础代谢率(BMR)的深海等足动物物种

进一步分析发现,深海等足虫整体代谢水平显著低于浅海近缘种,而生活在更深海域的 B. jamesi 表现出更强的代谢抑制特征(图 1D-G)。基因组比较分析同样显示,其氧化磷酸化(OXPHOS)相关基因家族发生收缩(图 1J)。这些结果表明,深海巨型等足虫通过“扩大能量储备+降低能量消耗”的双重策略适应食物匮乏环境,但同时也引出了一个关键问题:在极低代谢水平下,它们如何维持巨大的体型并长期存活?

特殊的胃部微生物群

考虑到共生微生物在深海动物适应极端环境中的重要作用,作者进一步分析了两种Bathynomus的胃部和肠道微生物组成。结果发现,两者肠道菌群差异较小,但胃部菌群结构却明显不同(图 2A-B)。其中,B. doederleini 胃中富集与营养消化相关的厚壁菌门(Firmicutes),而生活在更深海域的 B. jamesi 则大量富集衣原体门(Chlamydiae)(图 2C)。


图2.宿主与内共生体在能量代谢方面的协同进化

进一步分析显示,B. jamesi 胃部微生物群的碳水化合物降解能力明显减弱,更符合一种低消化、低代谢的微生物生态系统(图 2D-E)。值得注意的是,研究人员还在其胃部宏基因组中发现了与组蛋白乙酰化相关基因的富集(图2F),这一线索最终将研究引向了后续发现的关键外源基因ND1。

一个来自细菌的外源基因

为了探究胃部共生微生物是否参与了宿主对深海环境的适应,作者进一步开展了全基因组水平的水平基因转移(HGT)分析。在多个候选基因中,一个名为ND1的基因引起了研究人员的注意。系统发育分析显示,ND1来源于细菌而非动物自身基因组,且已经稳定整合进Bathynomus染色体中(图 3A-D)。


图3.深海等足类生物基因组中的古代HTG序列

更令人意外的是,ND1不仅在两个深海等足虫物种中发生了拷贝扩增,还表现出异常高的表达水平。尤其是在生活于更深海域的 B. jamesi 中,ND1的拷贝数和表达量均显著高于 B. doederleini(图 3E-F)。这些结果表明,ND1可能并非普通的外源基因,而是在深海适应过程中被宿主保留下来并不断强化的重要功能基因。

表观遗传调控驱动ND1超高表达

为了解释ND1为何能够长期维持超高表达,作者进一步分析了其表观遗传调控机制。结果发现,深海等足虫基因组中与组蛋白乙酰化相关的HAT基因家族显著扩张,并表现出更高的表达水平(图4A-B),提示其可能具有更活跃的转录激活系统。


图4. 组蛋白乙酰化对ND1超高水平表达的特异性调控

随后的H3K9ac CUT&Tag分析进一步证实,B. jamesi 基因组中存在更多组蛋白乙酰化修饰位点,而多个ND1拷贝附近均检测到明显的H3K9ac富集信号(图 4C-E)。这些结果表明,ND1不仅经历了基因扩增,还通过组蛋白乙酰化维持持续高表达,从而成为深海等足虫基因组中最活跃的基因之一。

ND1帮助动物延长饥饿生存时间

为了验证ND1的功能,作者构建了ND1转基因斑马鱼,并开展长期饥饿实验。结果发现,在正常温度下,ND1并未表现出明显优势;但在低温条件下,携带ND1的斑马鱼存活时间显著延长(图 5A-E)。


图5. ND1 HTG 可在基础代谢率(BMR)较低条件下延长饥饿持续时间

进一步分析发现,ND1能够降低氧耗率、NADH/NAD+比例以及活性氧水平,并抑制氧化磷酸化相关基因的表达(图5F-I),表明其能够主动降低线粒体代谢活动。类似现象也在293T细胞和秀丽线虫中得到验证(图 5J-L)。这些结果说明,ND1并非促进能量产生,而是在资源匮乏时帮助机体进入更深层次的节能状态,从而提高长期饥饿条件下生存能力。

一场持续数千万年的协同进化

综合基因组、转录组、宏基因组以及功能实验结果,作者最终提出了一套完整的适应模型。首先,深海巨型等足虫通过扩大的胃实现大规模食物储存;随后通过降低基础代谢率减少能量消耗;与此同时,它们从长期共生的微生物中获得了ND1基因,并在后续进化过程中不断扩增其拷贝数。 为了保证这一关键基因持续发挥作用,宿主进一步通过组蛋白乙酰化机制维持ND1超高表达。 最终形成了一套独特的能量分配策略:在食物稀缺和低温环境下,ND1通过抑制线粒体过度活跃、降低氧化应激以及减少能量消耗,帮助机体进入更高效的“节能模式”。对于生活在深海中的Bathynomus jamesi而言,这种机制成功解决了一个长期存在的进化难题—如何同时维持巨大体型和极低能量消耗。 更重要的是,这项研究展示了一种不同于传统观点的进化路径。在极端环境中,动物适应性进化不仅依赖自身基因组的突变和选择,还可能直接借助微生物提供的新基因,并通过长期协同进化将其转化为宿主自身的重要生存工具。某种意义上说,帮助深海大王具足虫熬过漫长饥饿岁月的,不只是它自己,而是一个由宿主与共生微生物共同构成的进化共同体。


图6. 全文总结图

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00571-4

主编微信

注:添加微信请备注昵称+单位+研究

微信学科讨论群:病毒学群,神经科学群、临床医学、肿瘤学科群、硕博交流群和医药投资交流群(微信群审核要求较高,请各位添加主编后主动备注单位研究方向)

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
土耳其的女子确实漂亮,兼具典雅容貌与异域风情

土耳其的女子确实漂亮,兼具典雅容貌与异域风情

娱你同欢
2026-10-07 11:06:22
WTT冠军赛:林诗栋被逆转!苦战7局止步8强,最近28连胜后遭首败

WTT冠军赛:林诗栋被逆转!苦战7局止步8强,最近28连胜后遭首败

全言作品
2026-11-01 03:09:56
穆里尼奥警告皇马更衣室:不能因胜巴萨就松懈

穆里尼奥警告皇马更衣室:不能因胜巴萨就松懈

日常碎碎念啊
2026-11-01 03:34:20
没有毛主席,姆巴佩可能还在喀麦隆种可可

没有毛主席,姆巴佩可能还在喀麦隆种可可

芸婉笔谈
2026-10-29 12:44:37
76人双杀尼克斯!詹姆斯打服纽约媒体,他在湖人到底背了多少锅?

76人双杀尼克斯!詹姆斯打服纽约媒体,他在湖人到底背了多少锅?

小路看球
2026-10-31 10:47:25
一个家庭最大的灾难,是夫妻都过了60,还处于以下4种状态

一个家庭最大的灾难,是夫妻都过了60,还处于以下4种状态

热心市民小黄
2026-10-31 00:46:00
加拿大多数省份不再调表,北美时区要乱套了

加拿大多数省份不再调表,北美时区要乱套了

队友祭天法力无边
2026-10-30 23:24:02
挪用 9700 万公款却当上人大代表,央视发声正名,其内情让人红眼

挪用 9700 万公款却当上人大代表,央视发声正名,其内情让人红眼

今墨缘
2026-10-26 14:00:16
美媒最新预测:民主党拿下众议院概率69%、拿下参议院概率57%

美媒最新预测:民主党拿下众议院概率69%、拿下参议院概率57%

忧郁天空
2026-10-30 16:34:46
豆包评出中国最值得去的10个景区,九寨沟第2,漓江第6,西湖垫底

豆包评出中国最值得去的10个景区,九寨沟第2,漓江第6,西湖垫底

赏玩夜忘归
2026-10-20 13:31:19
领先15分被逆转!广东洋帅翻车,媒体人炮轰:这根本不是欧洲篮球

领先15分被逆转!广东洋帅翻车,媒体人炮轰:这根本不是欧洲篮球

萌兰聊个球
2026-10-31 21:36:15
3次做客安菲尔德进5球,利物浦盯上31岁世界杯冠军

3次做客安菲尔德进5球,利物浦盯上31岁世界杯冠军

坠入温柔晚风
2026-11-01 04:23:14
从29万到1000万,新疆的汉族人口,是怎么一步步到全疆第二的?

从29万到1000万,新疆的汉族人口,是怎么一步步到全疆第二的?

鸢飞九天
2026-10-31 11:34:48
俄方寸步不让:天然气管道非得取道蒙古进入中国

俄方寸步不让:天然气管道非得取道蒙古进入中国

果妈聊娱乐
2026-10-01 16:13:46
特斯拉中国再调购车政策:Model 3“尾款立减”升至1万元,Model Y优惠缩水3000元

特斯拉中国再调购车政策:Model 3“尾款立减”升至1万元,Model Y优惠缩水3000元

每日经济新闻
2026-10-30 10:24:08
比佛利娇妻Dorit离婚案开庭,法官急了:每次开庭都离解决更远

比佛利娇妻Dorit离婚案开庭,法官急了:每次开庭都离解决更远

赴一场山海啊
2026-10-31 02:36:12
19岁女孩被亲生父亲一周强奸4次,报警后母亲竟让她去撤案

19岁女孩被亲生父亲一周强奸4次,报警后母亲竟让她去撤案

胖胖侃咖
2025-05-28 08:00:16
一车主称开门时被车内门把手割伤手指,已接种破伤风疫苗,车商客服:需结合实际状况判断;当地4S店已跟进

一车主称开门时被车内门把手割伤手指,已接种破伤风疫苗,车商客服:需结合实际状况判断;当地4S店已跟进

封面新闻
2026-10-31 18:50:10
又是2-0领先被逆转!21岁的陈熠,为何总在关键时刻“差点意思”

又是2-0领先被逆转!21岁的陈熠,为何总在关键时刻“差点意思”

好球去哪了
2026-08-06 20:09:39
“超级牛散”章建平家族最新大调仓:减仓光通信赛道,22亿押注云南锗业,新进重仓股浮现

“超级牛散”章建平家族最新大调仓:减仓光通信赛道,22亿押注云南锗业,新进重仓股浮现

时代周报
2026-10-31 19:18:59
2026-11-01 04:40:49
生命科学前沿 incentive-icons
生命科学前沿
生命科学前沿 主编
1096文章数 4524关注度
往期回顾 全部

科技要闻

苦等两年!国行苹果AI下周开测,12月推出

头条要闻

媒体:美防长宣布启动"子午线计划" 马斯克"接管"军队

头条要闻

媒体:美防长宣布启动"子午线计划" 马斯克"接管"军队

体育要闻

决胜时刻三连击!勒布朗绝命补篮价值千金

娱乐要闻

41岁吾恩胃癌七年去世,伴侣也确诊癌

财经要闻

Meta、谷歌、英特尔增发认购者集体浮亏

汽车要闻

好开更好坐 马自达EZ-60激光版补齐最后短板

态度原创

手机
亲子
艺术
本地
公开课

手机要闻

REDMI先发优势见效:K100 Pro系列销量即将突破百万大关

亲子要闻

工程车小故事:跳泥坑

艺术要闻

魏紫熙罕见狠评吴冠中:笔没压下去,只会用笔尖戳戳?一句话引爆画坛争议!

本地新闻

秋假去哪玩,4 站打卡京郊限定秋色

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版