纖毛蟲是原生動物中高度分化,、細胞器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一類生物,。為了應(yīng)對天敵和完成捕食活動,，纖毛蟲進化出了特殊的射出體結(jié)構(gòu)。與為人熟知的草履蟲,、四膜蟲通過防御型射出體抵御潛在捕食者襲擊不同,，掠食性纖毛蟲借助引人關(guān)注的攻擊性射出體毒絲胞（toxicyst）完成對獵物的精準捕獲。在與獵物接近時,，掠食性纖毛蟲會迅速釋放口端附近的毒絲胞,，從而麻痹甚至直接分解獵物。
圖1 正在捕食四膜蟲的長頸蟲（Dileptus）
中國科學(xué)院大學(xué)醫(yī)學(xué)院苗苗教授團隊于2024年5月7日在國際期刊 BMC Biology 雜志發(fā)表題為 Genomic insights into the cellular specialization of predation in raptorial protists 的研究論文,。該研究通過對鉤刺亞綱（Haptoria）纖毛蟲的行為觀察和亞細胞結(jié)構(gòu)的研究,，確定其捕食策略；通過單細胞基因組測序技術(shù),，完成了對具有毒絲胞的鉤刺亞綱纖毛蟲的基因組測序與組裝,，并確定與毒絲胞的形成和排出相關(guān)的基因家族。這項研究首次揭示了掠食性纖毛蟲借助毒絲胞輔助完成捕食活動的適應(yīng)性進化機制,，為研究掠食性纖毛蟲毒性機制奠定支撐,。
圖2 掠食性纖毛蟲的毒絲胞結(jié)構(gòu)
與近緣纖毛蟲的比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，鉤刺亞綱纖毛蟲內(nèi)與水解酶和膜轉(zhuǎn)運蛋白相關(guān)的基因家族具有更多的基因重復(fù),，兩類基因分別在毒絲胞的產(chǎn)生和排出過程中起著至關(guān)重要的作用,。與共生在反芻動物瘤胃內(nèi)的毛口亞綱（Trichostomatia）纖毛蟲相比，鉤刺亞綱纖毛蟲與膜轉(zhuǎn)運蛋白和細胞毒素相關(guān)的基因具有更多表達,，基因富集分析結(jié)果同樣符合該結(jié)論,。聚酮合成酶（PKS）和亮氨基酸氧化酶（LAAO）被確定為鉤刺纖毛蟲體內(nèi)潛在的毒性基因家族，這些基因在鉤刺亞綱纖毛蟲中經(jīng)歷了廣泛的基因復(fù)制事件,。聚酮合成酶基因在甲藻（dinoflagellates）中被廣泛發(fā)現(xiàn),，是甲藻毒素的主要來源；亮氨基酸氧化酶廣泛分布在海兔和蝮蛇等動物的毒腺中,，有研究發(fā)現(xiàn)黃斑藍子魚（ Siganus oramin ）血清中提取的亮氨基酸氧化酶會導(dǎo)致寄生纖毛蟲多子小瓜蟲( Ichthyophthirius multifiliis )的溶解和死亡,。
中國科學(xué)院大學(xué)李在涵博士研究生為論文第一作者，中國科學(xué)院大學(xué)醫(yī)學(xué)院苗苗教授為通迅作者,。中國科學(xué)院動物研究所趙方慶研究員和山東大學(xué)陳曉教授為論文做出了重要貢獻,。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的經(jīng)費支持，并得到中國海洋大學(xué)原生動物實驗室的幫助,。
論文鏈接：
https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-024-01904-2
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