《Nature》文章：浅水贻贝（Mytilus galloprovincialis）通过转录组和宏基因组学视角适应深海环境

研究背景

近年来的研究揭示了深海作为一个丰富的生物圈，栖息着从浅水祖先进化而来的物种。对基因组进化和微生物共生的研究揭示了这些物种如何在极端深海条件下生存。然而，早期适应阶段，特别是保守基因和共生微生物的作用，仍然了解不足。本研究通过转录组学和微生物组学的视角，研究了浅水贻贝（Mytilus galloprovincialis）在南海Site-F冷泉深海环境中的适应机制。

研究内容

本研究旨在探讨浅水贻贝在深海环境中的适应机制。研究通过将浅水贻贝暴露于南海Site-F冷泉深海环境，观察其在6小时和10天后的转录组和微生物组变化。研究发现，浅水贻贝在深海环境中经历了复杂的基因表达调整，包括应激反应、免疫防御、稳态和能量代谢途径的变化。此外，研究还发现暴露于深海环境10天后，浅水贻贝及其微生物群落与原生深海贻贝非常相似，显示出宿主和微生物群落在适应性变化中的趋同。

研究方法

样本采集：在青岛的潮间带采集浅水贻贝，并在实验室中适应一个月。然后将贻贝带到南海Site-F冷泉深海环境中，暴露6小时和10天后分别进行采样和固定。

转录组测序：提取鳃组织中的总RNA，进行6000平台的150 bp双端测序。使用Trinity软件进行去冗余的转录组组装，并使用BUSCO评估组装的完整性。

功能注释：使用Diamond、TransDecoder和hmmscan等工具对转录组进行功能注释，并生成基因本体（GO）注释。

差异表达分析：使用DESeq2软件进行差异表达基因（DEGs）分析，并使用clusterProfiler软件进行GO富集分析。

系统发育转录组分析：获取6种浅水和深海贻贝的公共RNA-Seq数据，进行质量控制、转录组组装和功能注释。使用OrthoFinder进行正交基因组推断，并构建系统发育树。

共表达分析：使用WGCNA进行加权基因共表达网络分析，识别与深海适应相关的共表达基因模块。

宏基因组分析：对贻贝鳃组织进行宏基因组测序，分析微生物群落的组成和功能变化。

研究结果

转录组变化：浅水贻贝在深海环境中表现出时间依赖的基因表达变化。短期暴露（6小时）激活了蛋白质质量控制和免疫反应相关基因，而长期暴露（10天）则激活了磷脂稳态和线粒体代谢相关基因。

基因表达趋同：长期暴露于深海环境的浅水贻贝，其基因表达谱与原生深海贻贝非常相似，显示出基因表达的趋同现象。这表明浅水贻贝在深海环境中可以快速调整其转录组，以适应极端环境。

微生物群落变化：长期暴露于深海环境的浅水贻贝，其鳃组织中的甲烷氧化细菌显著增加，形成了与原生深海贻贝相似的微生物群落。甲烷氧化细菌的丰度与宿主免疫识别和内吞作用相关基因的表达显著相关。

共表达基因模块：共表达分析识别出一个与深海适应高度相关的基因模块，包含与线粒体代谢、核糖体和DNA修复相关的关键基因。这些基因在深海环境中表现出显著的正选择，表明它们在深海适应中起关键作用。

结论

本研究通过转录组学和宏基因组学的方法，揭示了浅水贻贝在深海环境中的快速适应机制。研究发现，浅水贻贝在深海环境中经历了复杂的基因表达调整和微生物群落变化，显示出宿主和微生物群落在适应性变化中的趋同。研究结果强调了保守基因和微生物群落在适应极端环境中的重要作用，为理解深海生物的适应进化提供了新的视角。

来源：Nature