揭秘自由生活双滴虫：膨胀六鞭毛虫（Hexamita inflata）的基因组扩张之谜

为解决自由生活双滴虫基因组信息匮乏问题，研究人员开展对膨胀六鞭毛虫（Hexamita inflata）基因组的研究。结果得到其首个参考基因组，发现其基因组大且蛋白编码能力扩张。这为研究双滴虫进化及寄生 - 自由生活方式转变奠定基础。

　　在神秘的微生物世界里，真核生物分支中的微生物大多未被深入研究，基因组数据极为匮乏。其中，双滴虫（Diplomonads）作为一类厌氧且具鞭毛的原生生物，一部分寄生或共生在动物体内，另一部分则在低氧环境中自由生活。对于寄生性双滴虫，如贾第虫（Giardia intestinalis）和鲑居尾孢虫（Spironucleus salmonicida），已有一些基因组信息可供参考；然而，自由生活双滴虫的基因组情况却几乎是一片空白。这种知识上的空缺，就像地图上未被探索的神秘区域，激发着科研人员的好奇心和探索欲。了解自由生活双滴虫的基因组，不仅有助于揭示这类生物独特的生命奥秘，还能为研究生物从寄生到自由生活方式的转变提供关键线索，就像打开一扇通往生物进化秘密花园的大门。

于是，来自瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）、捷克查理大学（Charles University）等研究机构的研究人员，踏上了探索自由生活双滴虫基因组的征程。他们将目标锁定在膨胀六鞭毛虫（Hexamita inflata）上，这种生活在池塘沉积物和海洋盆地低氧水层中的生物，成为了解开自由生活双滴虫基因组之谜的关键。经过不懈努力，研究人员成功绘制出膨胀六鞭毛虫的首个参考基因组。这一成果意义非凡，它就像一把钥匙，为后续深入研究双滴虫的进化历程，以及寄生与自由生活方式之间的转换机制，打开了新的大门。该研究成果发表在《Scientific Data》上。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先，通过样本培养与收集，从捷克湿地分离出膨胀六鞭毛虫，并在特定条件下进行培养。接着，采用扫描电子显微镜和免疫荧光显微镜技术，观察其细胞结构。然后，利用 DNA 和 RNA 样本制备与测序技术，结合 Illumina、PacBio 和 Oxford Nanopore 等不同测序平台获取数据。最后，运用基因组组装、基因预测和功能注释等生物信息学方法对数据进行分析。

下面来详细看看研究结果。

1. 基因组组装：研究人员综合利用 PacBio 长读长、Illumina 短读长和 Oxford Nanopore 长读长测序数据，经过多轮组装和优化，最终得到由 1241 个重叠群（contigs）组成、大小为 142.6 Mbp 的基因组组装结果，其 N50 值达到 271 Kbp 。这个结果比以往研究的寄生性双滴虫基因组大得多，显示出膨胀六鞭毛虫基因组的独特性。
2. 基因预测和功能注释：由于双滴虫的特殊性，研究人员开发了定制的基因预测流程，结合 GlimmerHMM 和 Prodigal 两种软件的结果进行结构注释，最终得到 101,051 个基因模型。在功能注释方面，通过多种数据库比对，发现 42,810 个基因有功能注释，其余被注释为假设基因，经过筛选最终保留 79,341 个蛋白质编码基因用于后续分析。
3. 膨胀的蛋白质组分析：研究发现膨胀六鞭毛虫的基因组虽内含子少，tRNA 基因和 rDNA 基因数量与其他双滴虫相似，但蛋白质编码基因数量远高于其他双滴虫。进一步分析表明，其基因组可能经历了近期的全基因组扩增，物种特异性基因数量较多，部分基因发生了扩增。
4. 散布重复区域：研究人员利用 RepeatMasker 分析发现，膨胀六鞭毛虫基因组中散布重复序列占比达 34%，远高于寄生性双滴虫，且包含多种类型的转座元件，如 DNA 转座子和逆转座子。

研究结论表明，膨胀六鞭毛虫基因组的巨大规模，是由重复区域的增殖、基因组各部分（包括稳定 RNA 和蛋白质基因）的随机复制，以及蛋白质编码能力的大幅扩张共同导致的。这项研究首次揭示了自由生活双滴虫的基因组特征，为双滴虫的系统发育研究提供了重要的数据基础，有助于深入理解双滴虫的进化历程，以及寄生和自由生活方式之间的转变机制。它就像一座灯塔，为后续在该领域的研究指明了方向，激励着更多科研人员深入探索双滴虫神秘的基因组世界，为生命科学的发展添砖加瓦。