海葵毒素基因家族的跨物种比较分析揭示神经毒素的谱系特异性进化与PLA2 的广泛分布

本研究针对刺胞动物门海葵目物种毒素基因研究不足的现状，通过高通量转录组测序技术对6种海葵（包括剧毒物种Hell's Fire海葵Actinodendron plumosum ）进行毒素基因鉴定，首次系统比较了7个未被充分研究的毒素家族（AcrI/CjTL/ICK/KTxV /PLA2 /SCRiP/NaTxIII ）的进化特征。研究发现6种神经毒素呈现谱系限制性分布，而磷脂酶A2 （PLA2 ）存在10/12/14-半胱氨酸三种结构变体且广泛存在，为海洋生物毒素的医药应用提供了新候选分子。

　　

在海洋生物医药领域，海葵作为刺胞动物的重要代表，其分泌的神经毒素和酶类物质具有独特的离子通道调控功能，如钾通道毒素（KTx）和钠通道毒素（NaTx）已被开发为镇痛和抗心律失常药物先导化合物。然而，目前研究多集中于少数模式物种（如Nematostella vectensis
和Stichodactyla
属），对剧毒物种（如能引发皮肤坏死的Hell's Fire海葵Actinodendron plumosum
）及毒素基因家族的进化机制认知仍存在显著空白。

针对这一科学问题，澳大利亚昆士兰科技大学等机构的研究团队在《Toxicon: X》发表了突破性研究。通过对6个不同科属海葵的转录组测序（包括5个首次测序物种），结合20个公共数据集，系统分析了26个物种中16个毒素家族的分布特征。研究采用Trinity_v2.13
进行de novo
组装，使用Psytrans去除共生藻污染，通过SignalP_5.0
预测信号肽，基于UniProt数据库进行毒素注释，并运用IQ-TREE_v1.6.12
构建最大似然系统发育树。

研究结果揭示：

1. 转录组质量验证：除Isactinia olivacea
   （BUSCO完整性77.8%）外，其他物种N50>1380且BUSCO>90%，满足分析要求。
2. 毒素基因分布差异：剧毒物种A. plumosum
   仅含12个毒素基因（8个家族），显著少于Stichodactyla mertensii
   （40个基因/11家族），颠覆了"毒性强度与基因数量正相关"的假设。
3. 神经毒素的谱系限制性：
   • 刺丝囊毒素I型（AcrI）在Actiniidae科中保守存在KR蛋白酶切位点
   • 8-半胱氨酸抑制剂胱氨酸结（ICK）特异性分布于Actinioidea总科，而6-半胱氨酸变体集中于Metridioidea总科
   • 钾通道毒素V型（KTx_V
     ）在Actinioidea中呈现Clade1-3的分化
4. PLA₂
   的结构多样性：鉴定到10/12/14-半胱氨酸三种框架，其中12-Cys型含KR/RR/KK三种酶切位点，可能通过水解磷脂参与捕食和防御。

讨论部分指出，该研究首次揭示PLA₂
的14-Cys变体在海葵中的存在，其与蜘蛛毒素Lambda-hexatoxin-Hv1c的结构相似性暗示了跨物种功能保守性。值得注意的是，SCRiP毒素与石珊瑚（Orbicella
sp.）的进化关联为刺胞动物共同祖先假说提供了分子证据。研究提出的"毒素基因模块化丢失"理论（如A. plumosum
缺乏KTx_III
）为理解海葵毒性进化提供了新视角。

这项研究不仅填补了海葵毒素比较基因组学的空白，其发现的PLA₂
变体和新型ICK毒素更为神经科学研究和药物开发（如慢性疼痛治疗）提供了宝贵资源。未来结合基因组和毒液蛋白质组的多组学方法，将进一步提升对海洋生物毒素应用潜力的挖掘效率。