深海化能生态系统管状蠕虫Paraescarpia echinospica羽状体单细胞转录组图谱解析

本研究针对深海冷泉管状蠕虫Paraescarpia echinospica独特的代谢交换器官——羽状体，首次通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术构建了其单细胞转录组图谱。研究人员鉴定了6种细胞类型（包括血细胞、增殖细胞、肌肉细胞等），揭示了运输蛋白（如slc6a8、slc5a6）和免疫基因（如TLRs）的细胞特异性表达模式，为理解深海无脊椎动物在极端环境下的适应性机制提供了关键分子证据。

　　

在黑暗、高压且富含硫化物的深海冷泉生态系统中，管状蠕虫作为化能合成生态系统的代表物种，通过羽状体这一特殊器官实现与环境的气体交换和营养传递。然而，这种直接暴露于极端环境的生理结构如何协调免疫防御与代谢运输功能，长期以来缺乏细胞水平的解析。由三亚深海科学与工程研究所、青岛华大基因研究院等机构联合开展的研究，首次对Paraescarpia echinospica羽状体进行了单细胞转录组测序，相关成果发表于《Scientific Data》。

研究团队采用DNBelab C4单细胞文库构建系统，对南海海马冷泉（1387米深度）采集的样本进行scRNA-seq分析。通过Seurat软件聚类10,689个高质量细胞，结合纳米孔（ONT）全长转录组数据优化基因注释，系统揭示了羽状体的细胞组成与功能特征。

背景与摘要
研究指出，羽状体作为替代消化系统的关键器官，其血红蛋白对硫化物具有异常亲和力，但持续暴露于微生物入侵风险中。既往批量转录组研究无法解析免疫基因（如TLRs）的细胞定位，而本研究通过单细胞分辨率填补了这一空白。

数据记录
测序数据覆盖7个文库共计90亿条reads，基因组比对率>90%。细胞过滤标准为200-5,000个基因/细胞且线粒体UMI占比<20%，最终获得包含22,994个非冗余转录本的数据库。

技术验证

质量评估显示各批次无显著差异，中位基因数500个/细胞，中位UMI计数2,800/细胞。表2数据显示测序饱和度37.14%-71.52%，满足深度分析需求。

研究结果
细胞聚类鉴定

UMAP分析鉴定出6类细胞：血细胞（hemocytes）、增殖细胞、肌肉细胞（24%）、上皮细胞、神经1型与2型细胞（合计29%）。热图显示各簇TOP50差异基因（如血细胞高表达glob1和ngb），神经与肌肉细胞呈现高度相关性（r>0.8）。

运输与免疫功能

从KEGG筛选的1,801个转运蛋白基因中，48个呈现细胞特异性表达：血细胞高表达氧运输蛋白（glob1）和抗氧化转运体slc6a8（creatine transporter）；上皮细胞特异性表达slc5a6（多维生素转运体）和dur3（多胺转运体）。免疫相关基因mfge8（调理素）、fut8（岩藻糖基转移酶）在血细胞中显著激活。

结论与意义
该研究建立了首个深海无脊椎动物器官的单细胞图谱，阐明羽状体通过细胞类型特化的运输网络（如SLC家族转运体）和免疫防御系统（如TLRs通路）适应极端环境。血细胞中slc6a8的高表达提示其通过维持抗氧化稳态延长细胞寿命，而神经-肌肉细胞的协同作用可能调控羽状体收缩运动以优化代谢交换。这些发现为深海生物适应性进化研究提供了范式，相关数据已存储于CNP0005607（CNGB）和GSE281931（GEO）数据库。