北海道扇贝三主要神经节转录组解析揭示两侧对称动物中枢神经系统的单系起源

本研究针对两侧对称动物中枢神经系统(CNS)单系起源的争议问题，通过系统分析北海道扇贝(Patinopecten yessoensis)脑神经节(CG)、足神经节(PG)和脏壁神经节(PVG)的转录组特征，发现神经节融合痕迹的差异保存、下丘脑激素受体的扩张及脊椎动物垂体发育标志基因的保守性，为神经节系统与脊椎动物大脑的同源性提供了新证据，支持了CNS单系起源假说。

　　

关于动物中枢神经系统的起源问题，科学界长期存在"单系起源"与"多系起源"的激烈争论。传统观点认为脊椎动物与无脊椎动物的中枢神经系统(CNS)是独立演化的，但近年来越来越多的证据挑战这一认知。尤其对于占据动物界第二大门类的软体动物，既往研究多聚焦于头足类，但其"神经节化"的头部神经系统是否与脊椎动物大脑同源仍存争议。

中国海洋大学的研究团队另辟蹊径，选择具有缓慢进化基因组特征的北海道扇贝作为研究对象。这种双壳类软体动物保留了神经节融合的差异化痕迹——分离的脑神经节(Cerebral Ganglia, CG)、部分融合的足神经节(Pedal Ganglia, PG)和完全融合的脏壁神经节(Parietovisceral Ganglia, PVG)，堪称研究CNS起源的"活化石"。相关研究成果发表在《COMPARATIVE Cytogenetics》上。

研究采用多组学技术联用策略：首先通过石蜡切片H&E染色观察神经节组织结构；利用高通量测序获取三个神经节的转录组数据；运用加权基因共表达网络分析(WGCNA)鉴定神经节相关模块；采用基因集富集分析(GSEA)验证保守通路；结合系统发育分析追踪基因家族扩张事件。样本来自中国辽宁大连獐子岛渔业集团的自然种群，通过生长轮纹法精确鉴定为2龄成体。

【Co-existence of separated, partial fused and fully fused ganglia making scallops excellent models tracing CNS origin】
解剖学观察揭示CG保持原始分离状态，PG呈现部分融合特征，而PVG则完全融合为单一结构。这种神经节融合程度的梯度分布，为研究CNS集中化进程提供了天然模型。

【Transcriptome profiling reveals complex neuromodulation system】
WGCNA分析鉴定出神经节特异性表达模块，发现神经递质受体基因家族显著扩张。引人注目的是，与脊椎动物神经调控相关的多巴胺受体、5-羟色胺受体等均呈现多拷贝特征，其表达网络结构与脊椎动物高度相似。

【Conservation of pituitary developmental markers】
研究首次在无脊椎动物中发现脊椎动物垂体发育关键标志基因(Pitx、Prop1等)的完整保守。更令人惊讶的是，这些基因在扇贝神经节中呈现模块化共表达模式，提示神经节可能具有类似脊椎动物垂体的神经内分泌功能。

【Ganglia fusion correlates with functional complexity】
比较转录组显示：融合程度更高的PVG中，脑发育相关基因集富集程度显著高于CG。特别是调控脊椎动物端脑发育的基因在PVG中特异性高表达，为"神经节融合程度反映CNS进化等级"假说提供了分子证据。

研究结论突破性地证实：1)扇贝神经节系统同时具备神经调控和神经内分泌双重功能；2)脊椎动物垂体和大脑的发育程序在软体动物中已有雏形；3)神经节融合程度与功能复杂性呈正相关。这些发现将CNS的单系起源追溯至两侧对称动物共同祖先，为解释动物神经系统的宏观进化提供了关键拼图。特别值得注意的是，研究揭示的"下丘脑-垂体样"神经内分泌通路在无脊椎动物的存在，对理解神经内分泌系统的深层次进化具有里程碑意义。