饮食和营养调控生长发育、繁殖和寿命等重要生命过程，然而饮食摄入和营养成分如何调控动物生长发育的确切分子机制仍不清楚。中国科学院海洋研究所张留所团队利用模式生物秀丽线虫Caenorhabditis elegans和潜在的海洋模式动物海洋线虫Litoditis marina为研究材料，比较研究了在化学成分明确的CeMM（C. elegans maintenance medium）营养环境下，线虫生长发育调控的分子机制，相关研究成果日前在学术期刊Cellular and Molecular Life Science发表。
通过比较转录组分析发现，在CeMM营养环境下，快速生长的乙酰胆碱受体基因eat-2和哺乳动物及人类耳聋同源基因tmc-1突变体中，数个脂肪酸合成和延长基因的表达显著上调，而多个脂肪酸β-氧化基因表达显著下调。饮食添加脂肪酸实验表明，单甲基支链脂肪酸C17ISO、直链脂肪酸棕榈酸和硬脂酸均可以显著加快线虫在CeMM营养环境下的生长发育。CRISPR基因敲除和转基因营救实验表明，eat-2突变体的快速生长依赖于负责合成C17ISO的延长酶基因elo-5和elo-6，进一步通过组织特异性营救实验表明elo-6主要在肠道中发挥调控生长发育的作用。此外，比较转录组分析发现，ELO-6和C17ISO可能通过控制表皮合成和hedgehog信号通路基因的表达调控秀丽线虫的生长发育。另外，基于代谢组分析，本研究发现ELO-6和C17ISO可能通过增加氨基酸、氨基酸衍生物和维生素的生物合成以促进秀丽线虫生长发育，相关成果近期在国际权威期刊《Cellular and Molecular Life Science》发表。
研究结果显示，与秀丽线虫一致，饮食添加硬脂酸同样也能够促进海洋线虫L. marina在CeMM营养环境下的生长发育。比较转录组分析表明，硬脂酸既可能通过相似的机制，如上调跨膜转运蛋白相关基因的表达促进秀丽线虫和L. marina的生长发育；也可能通过两种线虫中特异的调控机制促进生长发育。比如在秀丽线虫中，表皮合成基因的表达显著上调；而在L. marina中，氨酰-tRNA生物合成、翻译起始和延伸及核糖体生物合成相关基因的表达显著增加，神经信号相关基因的表达被显著抑制。
研究还发现，CeMM饮食延缓潜在的海洋模式线虫Litoditis marina的生长发育但不延长其寿命，通过转录组分析，探究了秀丽线虫和海洋线虫在CeMM和OP50饮食环境下的全基因组转录特征，为深入了解饮食调控动物发育和寿命的分子机制提供了新认知。研究结果将为营养环境如何调控动物生长发育的分子机制提供新认知，也将为研究饮食如何调控人类健康和全球气候变化背景下海陆动物如何应对变化的营养环境及海洋生态系统保护奠定理论基础。
中国科学院海洋研究所博士生曹绪文、助理研究员谢玉素为论文共同第一作者，张留所研究员为论文通讯作者。研究得到了中国科学院海洋研究所高层次***、青岛市创业创新领军人才和中国科学院海洋大科学研究中心前沿重点部署项目等经费资助。
相关成果及链接如下：
1.Xuwen Cao#, Yusu Xie#, Beining Xue, Hanwen Yang, L. Rene Garcia, Liusuo Zhang*, EAT？2 attenuates C. elegans development via metabolic remodeling in a chemically defined food environment. Cellular and Molecular Life Science, 2023, 80:205.
DOI: 10.1007/s00018-023-04849-x
2.Xuwen Cao, Peiqi Sun, Liusuo Zhang*, Transcriptome analysis of the marine nematode Litoditis marina in a chemically defined food environment with stearic acid
supplementation. Journal of Marine Science and Engineering, 2022, 10:428.
https://doi.org/10.3390/jmse10030428
3.Peiqi Sun, Xuwen Cao, Liusuo Zhang*, Transcriptome analysis of the nematode Caenorhabditis elegans and Litoditis marina in different food environments. Journal
of Marine Science and Engineering, 2022, 10:580.
https://doi.org/10.3390/jmse10050580
