海蜘蛛基因组揭示节肢动物后体退化与Hox基因簇缺失的进化关联

本研究通过构建首个近染色体水平的海蜘蛛(Pycnogonum litorale)基因组，结合发育转录组数据，揭示了节肢动物后体退化与Abdominal-A(abdA/Hox9)基因缺失的进化关联。研究证实海蜘蛛基因组未经历全基因组复制(WGD)，其完整的Hox基因簇缺失abdA的现象与螨类、蔓足类等远缘节肢动物的后体简化模式高度相似，为理解体节演化提供了新的分子证据。该成果发表于《BMC Biology》。

　　

在节肢动物演化历程中，海蜘蛛(Pycnogonida)作为现存最原始的螯肢动物类群，其独特的身体构型一直令研究者着迷。这类海洋生物具有高度特化的前体（具吸吮式口器和携卵足）与极度退化的后体（仅剩肛门结节），这种极端的形态分化背后隐藏着怎样的发育调控机制？更引人深思的是，远缘节肢动物如螨类(Acariformes)和蔓足类(Cirripedia)也独立演化出类似的后体简化特征，这是否暗示着保守的遗传调控通路？奥地利维也纳大学联合美国威斯康星大学麦迪逊分校等机构的研究团队在《BMC Biology》发表的研究，通过解码海蜘蛛基因组，为这些进化谜题提供了关键线索。

研究采用Oxford Nanopore长读长测序、PacBio HiFi技术和Omni-C染色质构象捕获技术，对实验室培养的P. litorale个体进行基因组组装，获得包含57条伪染色体、大小471 Mb的高质量基因组。结合15个发育阶段的转录组数据（从受精卵到亚成体），使用BRAKER和Iso-seq流程预测了15,372个蛋白质编码基因。

基因组特征分析揭示P. litorale基因组具有61.05%的高重复序列含量，但未检测到全基因组复制(WGD)特征。通过自同源比对和牛津网格分析，研究人员发现基因组中缺乏大规模复制区块，这与剑尾目(Xiphosura)和蛛形纲(Arachnopulmonata)中发现的WGD事件形成鲜明对比，支持WGD是螯肢动物特定支系的衍生特征。

Hox基因簇分析显示P. litorale拥有一个完整的1.07 Mb Hox基因簇（位于伪染色体56），包含Labial(lab/Hox1)至Abdominal-B(AbdB/Hox10)的9个基因，但明显缺失abdA/Hox9。系统发育分析和转录组筛查均未发现abdA踪迹，同时与该基因相关的microRNA家族Iab-4也告缺失。这种缺失与海蜘蛛后体极度退化的表型高度吻合，与螨类基因组中观察到的Hox基因重排现象遥相呼应。

其他同源异型框基因簇（包括NK、IRX、HRO等）均显示单拷贝状态，仅Msx和Emx基因存在谱系特异性串联复制。microRNA分析检出95.7%的保守microRNA家族，但未发现螯肢动物特异的Mir-5305和Mir-5735，暗示这些分子可能在后螯肢动物(Euchelicerata)中才出现。

这项研究建立了P. litorale作为螯肢动物进化发育研究的模式物种地位。其高质量基因组不仅为理解节肢动物体节演化提供新视角，更揭示出abdA缺失与后体退化在远缘类群中的趋同演化现象。研究提出了两种可能的进化场景：abdA功能丧失直接导致后体退化，或是后体简化使abdA成为演化"冗余"而逐渐丢失。化石证据显示海蜘蛛后体退化是渐进过程，支持后一种解释，但需通过功能实验进一步验证。该成果为理解节肢动物体型演化的遗传基础树立了新的里程碑。