中国科学院海洋研究所深海研究中心联合青岛华大基因研究院等机构，破译了深海热液索足蛤及共生菌的基因组，论证了深海双壳贝类共生关系的独立演化，进一步完善了深海无脊椎共生的理论体系。相关研究成果近日在国际学术期刊《BMC Biology》（IF=7.364）发表。
深海黑暗无光，缺乏光和营养，双壳贝类等深海无脊椎动物通过与化能合成细菌建立共生关系获取化能营养，从而适应环境并形成了深海繁茂的动物群落。双壳贝类共生方式多样，包括从外共生到内共生等诸多共生表型，但其多样共生表型的演化过程还不清楚。该研究补充了共生演化早期阶段代表类群——索足蛤的基因组，并比较了具不同共生方式的双壳贝类基因组。
研究人员在深海热液采集得到索足蛤科的物种大裂蛤（Conchocele bisecta）。研究发现共生菌分布于大裂蛤鳃含菌细胞外，属于外共生。优势共生菌与贻贝、海绵等生物的共生菌亲缘关系较近，都属硫球菌科。与已发表的共生系统相似，大裂蛤共生菌与宿主基因组呈现出明显的营养互补和免疫互作潜力，而基因家族的扩张收缩事件则能够体现出不同共生系统表型上的差异。
在内共生系统中，气体的跨膜转运能帮助细胞内的共生菌获得化能合成底物，相关基因家族常常表现为扩张。在大裂蛤中，共生菌分布于细胞外，相应的，在大裂蛤基因组中没有观察到气体转运基因家族的扩张现象。与内共生贝类相比，大裂蛤基因组表现出噬菌功能相关基因家族的大规模扩张，且扩张的基因拷贝在鳃组织特异高表达，这与大裂蛤主要依赖鳃部细胞吞噬共生菌获取营养的现象不谋而合。快速的共生菌消化能力也为外共生的表型提供了一种新的解释：即细胞内的细菌总是被快速消化而导致细胞内少见活菌的“外共生”的表型。此外，为了适应与共生菌的共存生活，参比贝类的基因组都体现出抗凋亡、抗LPS等进化特征，但不同贝类发生进化的通路又明显不同。
以上结果表明，双壳贝类与共生菌彼此适应、协同演化的过程中，基因通路发生了随机进化，形成了不同共生表型。但“万变不离其宗”，在自然选择的压力下都形成了基于营养物质交换的共生现象，体现出双壳贝类共生关系的独立演化过程。
中国科学院海洋所郭扬博士、青岛华大基因研究院孟令凤和中国科学院海洋所王敏晓副研究员为论文共同第一作者，青岛华大基因研究院范广益研究员、中国科学院南海所李超伦研究员和青岛华大基因研究院刘姗姗院长为通讯作者。
文章信息：Yang Guo, Lingfeng Meng, Minxiao Wang, Zhaoshan Zhong, Denghui Li, Yaolei Zhang, Hanbo Li, Huan Zhang, Inge Seim, Yuli Li, Aijun Jiang, Qianyue Ji, Xiaoshan Su, Jianwei Chen, Guangyi Fan, Chaolun Li, Shanshan Liu. Hologenome analysis reveals independent evolution to chemosymbiosis by deep-sea bivalves. BMC Biol. 2023.21,51.
https://doi.org/10.1186/s12915-023-01551-z
