深海生物多组学资源平台DOO：极端环境适应机制解析与进化研究新范式

《Nucleic Acids Research》：DOO: integrated multi-omics resources for deep ocean organisms

本研究针对深海生物多组学数据分散、缺乏系统整合的瓶颈，构建了首个深海生物多组学数据库DOO。研究整合了7门68种深海生物的72个基因组、950个转录组、15个单细胞转录组及1112个宏基因组，开发了共表达网络、微/宏同线性分析等工具，并通过组织蛋白酶基因案例验证平台可靠性。该平台为深海生物极端环境适应机制研究提供了数据支撑与分析方法，发表于《Nucleic Acids Research》。

　　

在浩瀚的海洋深处，高压、黑暗、低温与营养匮乏构成了地球最极端的生存环境。深海生物通过独特的遗传与分子机制在此繁衍生息，成为研究生命适应性的天然实验室。尽管高通量测序技术已产生大量深海生物组学数据，但这些资源分散于不同数据库，缺乏统一整合与标准化分析工具，阻碍了系统性研究的深入。

为解决这一问题，香港科技大学与南方海洋科学与工程广东实验室（广州）的研究团队在《Nucleic Acids Research》发表了题为“DOO: integrated multi-omics resources for deep ocean organisms”的数据库论文，正式推出深海生物多组学资源平台DOO（Deep Ocean Omics）。该平台整合了7个门类、68种深海生物的基因组、转录组、单细胞转录组及宏基因组数据，并配备基因功能注释、共表达网络、同线性分析等工具，首次实现深海生物多组学数据的集中管理与跨物种比较。

关键技术方法概述

研究团队从NCBI、GEO等公共数据库系统收集深海生物组学数据，利用OrthoFinder进行直系同源基因鉴定，基于Pfam、GO、KEGG等数据库完成功能注释；采用HISAT2、featureCounts和Seurat流程分别处理转录组与单细胞数据；通过PanSyn工具进行微/宏同线性分析，重构祖先核型；使用Cytoscape构建基因共表达网络。

研究结果

1. 数据库架构与资源整合

DOO涵盖46个高质量注释基因组、144万余个蛋白编码基因，提供基因组组装信息、化石记录、BUSCO基因完整性评估等模块。通过交互式界面支持基因检索、BLAST比对、JBrowse可视化等功能。

2. 多组学数据模块特色

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  基因组注释：集成转录因子（TFs）、泛素家族、线粒体基因组等注释信息，其中BUSCO基因完整性达71.5%–99.4%。
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  转录组与单细胞分析：构建6个共表达网络（含200万对基因互作），揭示基因在组织、发育阶段的表达模式；单细胞模块标注14种细胞类型，提供标记基因表达谱。
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  同线性进化分析：通过比较21个染色体水平基因组，识别10,863个祖先基因家族，揭示深海生物染色体结构演化规律。
  

3. 案例验证：组织蛋白酶（CTS）的共生适应机制

以深海管虫Paraescarpia echinospica的CTS基因为例，DOO分析显示该基因在共生组织（ trophosome）高表达，共表达网络富集于代谢调节、氧响应等通路；单细胞数据进一步定位其表达于细菌细胞（Bac-P/Bac-C），印证其在宿主-共生菌互作中的关键作用。比较基因组学发现CTS基因家族在深海生物中快速进化，蛋白结构域呈现谱系特异性分化。

结论与展望

DOO作为首个深海生物多组学综合平台，通过数据整合与工具开发，为解析极端环境适应机制提供了新范式。未来将通过纳入蛋白质组、表观基因组等数据，结合人工智能挖掘，深化对深海生命演化规律的理解，助力海洋生物资源保护与利用。