硫化氢地下水等足类Asellus infernus的比较胚胎学与转录组学：揭示洞穴与硫化物环境的适应性进化机制

这篇研究首次建立了硫化物洞穴等足类Asellus infernus的实验室培养体系，通过比较胚胎学发现其幼体具有更长的体长和触角II（antenna II），且胚胎期完全不发育色素沉着。转录组分析揭示了光转导（phototransduction）通路基因表达下调及硫化氢代谢相关基因（如sqrdl、ethe1）的分子趋同进化，为理解极端环境适应性提供了新模型。

　　

硫化氢洞穴等足类的发育与分子适应机制

比较胚胎学

研究聚焦罗马尼亚Movile洞穴的等足类Asellus infernus（CAVE_mw种群），发现其胚胎发育过程中始终缺乏色素沉着，与地表种群Asellus aquaticus（SURF_li）形成鲜明对比。地表个体在胚胎发育80%阶段出现眼色素，而杂交F1代（CAVE_mw♂×SURF_li♀）则表现出与地表亲本相似的眼部着色模式，暗示色素缺失为隐性遗传。幼体形态测量显示，实验室培育的洞穴个体体长（body length）和触角II长度较地表个体显著增加（p<0.0005），且野生与实验室种群间存在环境依赖性差异——例如野生洞穴个体体长大于实验室种群，而地表种群则呈现相反趋势。主成分分析（PCA）揭示体型异速生长（allometry）特征：洞穴实验室种群和野生地表个体表现为较长触角与较短躯干，而野生洞穴和实验室地表个体则相反。

转录组学分析

通过PacBio和Illumina测序构建的转录组（BUSCO完整性93%）鉴定出166个中期胚胎阶段地表偏向基因和73个洞穴偏向基因。光转导相关基因如视蛋白（opsin）、瞬时受体电位通道（TRP）在地表个体中高表达，而硫代谢关键酶硫化氢:醌氧化还原酶（sqrdl）和过硫化物双加氧酶（ethe1）在洞穴个体中显著上调。值得注意的是，sqrdl和ethe1在硫化鱼Poecilia mexicana中同样被报道为硫化适应基因，提示跨物种分子趋同进化。等位基因特异性表达（ASE）分析进一步锁定5个洞穴偏向基因（如sqrdl、csad）和11个地表偏向基因（如ER膜蛋白复合体亚基1），其中csad可能通过调控牛磺酸合成参与抗氧化应激。

讨论与展望

研究揭示了洞穴环境对体型和感官器官的发育编程效应，而硫化物代谢通路的上调可能是应对H₂S毒性的关键适应策略。与匈牙利非硫化物洞穴种群Subterranean Rak的比较显示，尽管二者均丧失色素，但仅efr3基因在等位基因表达模式上保守，暗示不同洞穴种群可能通过不同遗传路径实现相似表型。未来研究将聚焦硫化物与非硫化物洞穴种群的直接比较，以及csad等候选基因的CRISPR功能验证。该体系为极端环境适应的进化发育生物学（evo-devo）研究提供了新范式。