基因组研究揭示了侵入性苹果蜗牛的神秘面纱

来自香港浸会大学(HKBU)的生物学家领导了一项研究，对Ampullariidae家族中四种苹果蜗牛的基因组进行测序和分析。研究人员发现，苹果蜗牛已经进化成对环境刺激物高度敏感，消化纤维素(植物细胞壁的主要成分)，形成坚硬的钙质蛋壳，并在蛋中包装神经毒素。这些发现可能有助于为这些具有破坏性作物的蜗牛开发有效的遗传控制措施。

四种苹果蜗牛种类是非洲Lanistes nyassanus，南美Pomacea canaliculata，Pomacea maculata和Marisa cornuarietis。其中，两种Pomacea物种是最具入侵性的。淡水Pomacea广泛分布在热带和亚热带淡水中。这些南美洲的土着人已经扩散到世界其他许多地方。在中国，日本，泰国和菲律宾，它们被认为是头号水稻害虫。

Pomacea于二十世纪八十年代初入侵香港，现已广泛分布于新界各种淡水栖息地。虽然大多数稻田已经在香港被遗弃，但蜗牛却进入了菜园并破坏了半水生作物，特别是水菠菜和豆瓣菜。他们还通过放牧植物和捕食生活在池塘和溪流底部的动物来减少湿地的生物多样性。

香港浸会大学生物系副主任兼教授邱建文教授领导的研究小组对四种苹果蜗牛的基因组进行了测序和组装。除了香港浸会大学的同事外，该团队还包括来自香港，中国大陆，美国，阿根廷和法国的合作者。

基因组测序表明，苹果蜗牛具有悠久的进化历史，可追溯到古代冈瓦纳大陆超过1.5亿年。在大约1亿年前冈瓦纳分裂后，它们在非洲和南美分别演变。虽然在非洲和南美洲，Lanistes和Marisa分别保留了在水下产卵的古老特性，但在南美洲，Pomacea已经进化为在陆地上产卵。因此，比较非洲和南美苹果蜗牛物种，研究人员可以揭示一些基因组创新，这些创新使Pomacea具有如此的侵入性。

环境感应和植物消化

通过比较苹果蜗牛和其他软体动物的基因组，研究小组发现了28个基因家族，这些基因家族得到了大幅扩展。这包括一些与化学感觉功能相关的基因，这些基因在感觉触手中高度表达，表明它们可能具有增强的环境感知能力。

纤维素是绿色植物的骨架结构，有助于植物保持僵硬和强壮。与大多数依靠肠道细菌或真菌分解纤维素的动物不同，这些苹果蜗牛物种编码多个纤维素酶基因拷贝，使它们能够直接分泌纤维素酶以主动分解纤维素。这种能力可能有助于解释为什么苹果蜗牛物种可以消化多种植物材料并开发各种淡水湿地。

形成坚硬的蛋壳

研究小组还比较了Marisa和Lanistes的基因组，这两个基因组都在水下存卵，还有两种在陆地上产卵的Pomacea物种。两栖Pomacea生活在水中并在陆地上产卵的能力被认为是一种关键的适应性，使它们能够避免水生蛋的捕食和寄生。为了使繁殖中的这种戏剧性变化，Pomacea蛋必须能够在陆地上生存。

研究小组发现，新的钙结合蛋白(CaBP)的获得使得Pomacea能够形成一个坚硬的蛋壳，可以保护蛋壳并防止它们变干。

新型防御蛋白

除了坚硬的蛋壳外，Pomacea还在其卵中获得了一种名为PV2的新型神经毒性perivitellin，以帮助抵御陆地捕食者。以前的研究表明，PV2是两种蛋白质的复合物：具有神经毒性的膜攻击复合物/穿孔素(MACPF)，另一种称为速激素的蛋白质与捕食者的靶细胞膜结合。通过比较基因组分析，研究小组发现，经过多次重复，基因已经获得了一种新的功能(即通过蛋白腺分泌PV2)。因此，基因复制可能是PV2起源的原因，PV2是另一项关键创新，它使Pomacea的祖先能够从水下产卵转移到陆地上。

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