染色体水平基因组组装与抗凝蛋白注释揭示水蛭Hirudinaria bpling的进化与医学应用潜力

本研究针对水蛭Hirudinaria bpling的基因组信息缺失问题，通过PacBio HiFi长读长测序、Illumina和Hi-C技术完成染色体水平基因组组装（144.08 Mb，N50 11.27 Mb），注释出20,126个蛋白质编码基因和18.8%重复序列。研究发现该物种含有121个抗凝蛋白基因（如Hirudin、Antistasin等），首次鉴定出串联结构变异体（如Tandem-Hirudin）和单体化LDTI，揭示了水蛭通过基因重复和结构变异扩展抗凝分子库的进化策略。该成果为抗血栓药物开发提供了新靶点，发表于《BMC Genomics》。

　　

在传统医学中，水蛭的吸血疗法已沿用数千年，其唾液中的抗凝成分如Hirudin（水蛭素）被广泛应用于血栓性疾病治疗。然而，全球约700种水蛭中，仅有少数医学相关物种的基因组被解析，制约了抗凝分子机制的深入研究。特别是亚洲特有物种Hirudinaria bpling，虽在巴基斯坦等地广泛分布，其基因组信息和抗凝蛋白多样性始终是未解之谜。

西安国际大学的研究团队通过多组学技术揭开了这一谜题。研究采用PacBio HiFi长读长（44×覆盖度）、Illumina短读长（188×）和Hi-C染色体构象捕获技术，首次获得H. bpling染色体水平基因组（13条假染色体，96.2% BUSCO完整性）。通过比较基因组学分析，发现其与近缘种Hirudinaria manillensis在9.9百万年前分化，但抗凝基因家族呈现显著扩张。

关键技术包括：1）基于k-mer分析的基因组大小预估；2）Flye+PURGE_DUPS的序列去冗余；3）Juicer/YaHS的Hi-C染色体锚定；4）OrthoFinder基因家族聚类；5）InterProScan功能注释。样本来自巴基斯坦Gujranwala湖泊的野生个体（BioSample SAMN41706274）。

高质量染色体水平基因组组装
通过44× PacBio HiFi和188× Hi-C数据构建的基因组显示，13条假染色体包含18.8%重复序列，其中LINE（2.95%）和LTR（1.17%）占主导。基因结构分析发现内含子长度变异显著，但选择性剪接事件较少。

染色体共线性分析
与H. manillensis、Whitmania pigra等物种的比较显示，H. bpling的4号染色体存在81.2 kb的hirudin基因簇，包含8个变异体（如Hbpl_HV1-3和串联型Hbpl_TH2a-d）。这种基因排列模式与近缘种差异显著，暗示局部重组事件。

抗凝蛋白鉴定与特征
研究鉴定出22类抗凝蛋白的121个基因，包括：

• Hirudin：发现新型串联结构（Tandem-Hirudin），其等电点（pI 3.89-4.82）暗示差异化的凝血酶抑制活性。
• Antistasin：首次发现含3个结构域拷贝的变异体Hbpl_Asta2-3，突破传统"双结构域"认知。
• LDTI：鉴定出单体化形式（Hbpl_mLDTI1-3），而传统认知中该蛋白为双结构域串联体。

进化意义与医学价值
该研究揭示水蛭通过基因重复（如抗凝基因在2号染色体的成簇分布）和结构变异（串联/单体化）驱动抗凝分子创新。例如，串联型Saratin（Hbpl_TSar）可能增强与胶原的结合效率，而单体化LDTI或具有新的靶向特异性。这些发现为设计新型抗血栓药物（如针对因子Xa或血小板黏附）提供了分子模板。

讨论部分强调，H. bpling基因组中保守的"4 CysN-CN-CN-C"外显子模式（见于Progranulin基因）可能调控抗凝模块的蛋白水解释放，这种机制在多种水蛭中独立演化。研究还提出假说：吸血习性祖先可能通过结构域倍增（如Antistasin超家族的扩张）适应不同宿主凝血系统。

这项研究不仅填补了亚洲水蛭基因组空白，其发现的"结构域数量变异"机制为理解动物毒素进化提供了新视角。未来研究可聚焦这些变异体的功能验证，或开发为下一代抗凝剂。《BMC Genomics》审稿人评价该工作"为无脊椎动物适应性进化研究树立了新标杆"。