基因组研究揭示了水母如何发展成漂浮的美女

半透明的水母，五颜六色的珊瑚和挥动的海葵有着截然不同的身体，但都落在动物家族树的同一个大枝上。实际上，水母开始锚定在海底，就像珊瑚和海葵一样。冲绳科学技术研究生院(OIST)的研究人员最近发现了哪些基因允许水母从这个静止阶段毕业并游入大海。

在它们的生命周期的早期，水母从幼虫发育成息肉 - 不动的，茎状结构植根于沉积物中。海葵和珊瑚在这个州生活，这使得它们在希腊语中被称为anthozoa或“花卉动物”。水母通过能够从息肉阶段发展到美杜莎阶段，开始成为我们所熟知和喜爱的发光，钟状生物，从而将自己与anthozoans区分开来。

这项新研究于2019年4月16日发表在Nature Ecology&Evolution上，报告了两种水母物种的基因组，并研究了为什么有些生物可以进入水母阶段，而其他生物仍然被冻结为息肉。可以在线浏览基因组并与OIST BLAST服务器上的其他物种进行比较。

新解码的水母基因组

来自日本和德国的OIST研究人员和同事比较了月亮水母(Aurelia aurita)和巨型箱形水母(Morbakka virulenta)的基因组。在日本，这些物种分别被称为“水母”和“火海蜇”。火水母非常有毒，它的名字来源于痛苦，刺痛的刺痛。

“通过比较两种不同类型的水母，我们期望确定一些关于如何进行水母阶段的普遍规则，”该研究的第一作者和由佐藤纪之教授领导的OIST海洋基因组学科的科学家Konstantin Khalturin博士说。 。当一只水母离开其息肉阶段并离开沙质海底时，不同的基因会开启以驱动其发育。为了识别这些特殊基因，研究人员首先必须对其样本水母物种中存在的所有基因进行编目。

“然后，我们研究了这些基因在其生命周期的息肉和水母阶段的表现，”Khalturin说。

研究人员对来自波罗的海的月亮水母和来自日本的巨型箱形水母的完整基因组进行了测序。基因组包含构建和维护生物体的所有指令，编码在称为基因的单个构建块中。随着生物的遗传组成，这些积木的顺序有助于确定生物的发育方式。研究人员将他们新近解码的水母基因组与珊瑚和海葵的基因组进行了比较，确定了每只动物中出现的基因以及序列。

“我们预计两只水母中的基因组组织将彼此更相似，而不是海葵或珊瑚的基因组，”Khalturin说。令人惊讶的是，月亮果冻基因组中的基因顺序比火海蜇更接近于蚁丘。相反，两种水母的遗传组成几乎不重叠;他们的基因组与人类在海胆中的表现差别很大。

是什么带来了变化

结果表明巨型箱形水母基因组必须在其进化的某个阶段进行大力改组。月亮和巨型果冻之间缺乏相似性使研究人员相信水母基因组中没有通用区域负责编排水母阶段的形成。

还有一个问题：为什么珊瑚和海葵不能进入水母阶段?

为了解开这个谜团，研究人员评估了哪些基因在两种水母的息肉和水母阶段都有活性。他们将这些不同的基因表达模式与11种不同的刺胞动物中观察到的模式进行了比较 - 包含了medusozoans和anthozoans的分类群。值得注意的是，他们发现珊瑚和海葵含有大约三分之二的月亮水母的美杜莎阶段活跃的基因。

但是月亮水母有一个特殊的遗传工具包：一个精英基因库，在其美杜莎阶段激活，但在蚁丘中不存在。没有水母阶段，珊瑚和海葵缺乏生长某些器官和组织的基因，如眼睛和专门的游泳肌肉。研究人员发现，水和火水母共享大约100种这些物种特异性基因，这些基因仅在其水母阶段开启。这些基因中的很大一部分编码转录因子，这些蛋白质可以微调哪些基因表达的时间和数量。

展望未来，研究人员计划对称为冲绳海黄蜂(Chironex yamaguchii，“habu-kurage”)的当地箱形水母的基因组进行测序，这将提供与火海蜇的更接近的比较。未来的研究可以促进我们对水母如何进化的理解，以及它们与斑点的兄弟和其他深海生物的区别。

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