后鳃类腹足动物窃取刺胞动物刺细胞器的保守吞噬基因亚群功能解析

本研究针对后鳃类腹足动物窃取刺胞动物刺细胞器（nematocyst sequestration）这一独特生物学现象，通过比较模型物种Berghia stephanieae和Hermissenda opalescens的转录组数据，鉴定出166个在刺细胞器储存组织（Distal Cerata）显著高表达的基因，包括胶原蛋白（Collagen alpha-1(VIII)）和C型凝集素受体（C-type lectin）等关键分子。研究揭示了吞噬作用（phagocytosis）相关基因在器官窃取过程中的功能特化，为理解进化新颖性（evolutionary novelty）的分子机制提供了重要线索。论文发表于《BMC Evolutionary Biology》。

　　

在海洋生物的军备竞赛中，后鳃类裸鳃类动物（nudibranch gastropods）演化出一项令人惊叹的生存策略——它们能够从猎物体内窃取具有毒性的刺细胞器（nematocyst），并将其储存在特化的细胞中用于自身防御。这种被称为"刺细胞器窃取"（nematocyst sequestration）的现象，代表着吞噬作用（phagocytosis）的一种特殊形式，但其分子机制长期未被阐明。美国自然历史博物馆和加州大学圣迭戈分校的研究团队选择两种模式物种Berghia stephanieae和Hermissenda opalescens，通过比较转录组学和原位杂交技术，揭示了这一独特生物学现象背后的遗传基础。

研究采用RNA-seq技术对刺细胞器储存组织（Distal Cerata）和消化组织（Proximal Cerata）进行转录组比较，通过DESeq2进行差异表达分析。关键发现通过杂交链式反应（HCR）在原位验证，使用OrthoFinder进行直系同源基因分析，并利用TopGO进行基因本体（GO）富集分析。野外采集的Hermissenda opalescens和实验室培养的Berghia stephanieae样本为研究提供了可靠的材料基础。

差异表达分析揭示组织特异性基因特征
研究发现两种后鳃类动物的刺细胞器储存组织具有显著不同的基因表达谱。在B. stephanieae中鉴定出166个在Distal Cerata显著高表达的基因，包括与细胞膜结构（如胶原蛋白、肌动蛋白）、溶酶体活性（如组织蛋白酶L）和受体介导内吞（如C型凝集素）相关的基因。值得注意的是，31个直系同源基因在两种物种的刺细胞器储存组织中共同高表达，表明这些基因可能在刺细胞器窃取过程中发挥保守作用。

关键基因的原位验证
通过HCR技术，研究团队证实胶原蛋白基因bscola8a1和C型凝集素受体基因bsclect特异性地表达于刺细胞器储存细胞（cnidophage）中。发育时序分析显示，这些基因的表达与刺细胞器储存器官（cnidosac）的形成同步，且在成体中保持特异性表达模式。相比之下，消化相关基因如铁蛋白（ferritin）和甜菜碱高半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）则主要表达于消化腺组织。

功能特化与基因表达模式
GO富集分析显示，刺细胞器储存组织中免疫反应（GO:0006955）、内吞作用（GO:0006897）和消化（GO:0007586）相关基因的整体表达水平显著低于消化组织。这种"功能窄化"现象支持了研究假设：刺细胞器储存细胞通过减少非必需功能的基因表达，实现了对刺细胞器识别、摄取和储存的特化。

保守基因的新功能
研究表明，刺细胞器窃取过程既利用了保守的吞噬作用机制（如肌动蛋白-微管系统），又演化出新的调控特征。特别是C型凝集素受体等模式识别受体（PRRs）可能参与识别刺细胞器表面特征，而胶原蛋白等细胞外基质成分可能为刺细胞器储存提供结构支持。这种"保守机制，新颖应用"的模式，为理解进化创新（evolutionary innovation）提供了典型案例。

这项研究首次系统揭示了后鳃类动物刺细胞器窃取的分子基础，不仅拓展了对吞噬作用多样性的认识，也为研究宿主-共生体互作（如珊瑚-虫黄藻共生）提供了新的比较模型。发现的保守基因模块可能在其他器官选择性储存现象中具有普遍意义，而建立的研究方法为无脊椎动物特殊适应性研究提供了范式。美国自然历史博物馆Jessica A. Goodheart领衔的这项成果，为进化发育生物学（EvoDevo）领域增添了重要篇章。