首个狗螺(Nucella lapillus)基因组组装揭示海洋污染生物标志物物种的分子遗传基础

为解决海洋污染生物指示物种Nucella lapillus缺乏参考基因组的问题，英国布莱顿大学团队通过整合PacBio HiFi和Oxford Nanopore(ONT)长读长测序技术，首次完成该物种2.41Gb基因组组装，预测47,238个蛋白质编码基因。研究揭示了66%重复序列特征及与内分泌干扰现象imposex相关的遗传机制，为海洋生态毒理学研究提供了关键分子工具。

　　

在潮间带极端环境中生存的掠食性海螺狗螺(Nucella lapillus)，不仅是调控海洋食物链的关键物种，更是评估有机锡化合物(TBT)等污染物导致雌性雄性化(imposex)现象的经典生物标志物。尽管imposex现象会引发雌性繁殖器官畸变、寿命缩短等严重后果，其分子机制却因缺乏参考基因组而长期模糊。更棘手的是，海洋生物DNA易碎片化且含抑制性代谢物，传统测序技术难以获得高质量基因组。这一瓶颈严重阻碍了气候变化背景下海洋污染与生物适应性的关联研究。

针对这一挑战，英国布莱顿大学整合基因组学中心的Juned Kadiwala、Andrew Hesketh团队联合爱丁堡大学基因组学平台，首次采用PacBio HiFi高精度读长(读长N50 11.3kb)与ONT超长读长(读长N50 3.6kb)的杂交测序策略，对苏格兰艾莱岛采集的雄性狗螺样本进行全基因组测序。通过比较6种组装方案，最终采用Quickmerge合并策略获得2.41Gb基因组(contig N50 338kb)，覆盖预估基因组大小的93%，BUSCO评估显示84%的软体动物保守基因完整性。该成果发表于《Scientific Data》，为海洋生态毒理学研究树立了新标杆。

关键技术包括：(1)采用QIAGEN Genomic-tip 100/G试剂盒结合宽口吸头操作，从370mg软组织中提取17μg高分子量DNA；(2)通过BluePippin 0.75%凝胶两次筛选(>7kb和>8kb)富集长片段；(3)整合PacBio Revio平台30小时HiFi测序与GridION P2 Solo平台72小时ONT测序数据；(4)利用RepeatModeler/RepeatMasker分析重复序列，GALBA管道基于近缘物种Rapana venosa蛋白进行基因注释。

基因组组装与特征
比较分析显示，杂交测序方案显著优于单一平台：ONT单独组装产生82,846个contig(N50仅93kb)，而PacBio+ONT合并方案将contig数量降低至11,397个(N50提升至338kb)。基因组含42.6% GC含量，66%为重复序列，其中长散在核元件(LINE)占比最高(19.2%)，简单重复序列(SSR)达11.8%，可能与其环境适应性相关。

比较基因组学
通过OrthoFinder分析14种海洋软体动物(含12种腹足纲)，狗螺与骨螺科物种Rapana venosa、Stramonita haemastoma聚于Caenogastropoda亚纲分支。其47,238个预测基因中90%存在直系同源群，但物种特异性基因数量接近太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)，暗示独特的适应性进化。

技术突破
研究首次证实FFPE修复缓冲液可有效修复海洋DNA提取损伤，且双平台测序能克服单一技术局限：PacBio HiFi纠正ONT错误，ONT长读长解决高重复区域组装难题。该策略为其他海洋无脊椎动物基因组研究提供了范本。

这项研究不仅填补了骨螺科物种基因组空白，更建立了imposex研究的分子框架。未来可通过转录组分析揭示TBT干扰的具体通路，而19.2%的LINE元件可能为环境响应提供表观遗传调控靶点。值得注意的是，11.8%的SSR含量与对虾基因组可塑性机制相似，这为理解潮间带生物快速适应环境波动提供了新视角。随着气候变化加剧海洋污染，该基因组将成为评估复合环境压力对生态系统影响的基石工具。