《Advanced Science》：Two Routes to Land: Genomic Underpinnings of Parallel Aerial Egg Deposition in Aquatic Old-World Pila and New-World Pomacea (Ampullariidae)
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摘要：旧世界Pila属与新世界Pomacea属苹果螺（Ampullariidae）自冈瓦纳大陆裂解后即发生分化，其独立演化出的空中产卵（aerial oviposition）行为为探究关键演化创新的基因组适应机制提供了有力模型。研究人员构建了染色体级别基因组的
摘要：旧世界Pila属与新世界Pomacea属苹果螺（Ampullariidae）自冈瓦纳大陆裂解后即发生分化，其独立演化出的空中产卵（aerial oviposition）行为为探究关键演化创新的基因组适应机制提供了有力模型。研究人员构建了染色体级别基因组的Pila celebensis及支架级别基因组的Pila pesmei，发现该属特有的基因组大小倍增由转座元件（transposable elements, TEs）扩张驱动。大尺度同线性（macrosynteny）与拓扑关联结构域（topologically associating domains, TADs）分析鉴定出与环境感知、代谢及胁迫响应相关的基因块受正选择并伴随谱系特异性染色体重排；空中产卵种类的重排断点偏好定位于TAD内部，暗示基因调控的重塑趋同。基因家族演化揭示纤维素酶（cellulases）、β-D-木糖苷酶（β-D-xylosidases）及免疫基因并行扩增，水通道蛋白（aquaporins, AQPs）关键于空中渗透调节亦受并行正选择。卵黄周液（perivitelline fluid, PVF）蛋白质组学发现PVF1的核心作用——推测源于侏罗纪苹果螺科共同祖先自病毒获得的古老水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT），后续基因重复使 lineages特化适应；空中产卵卵子的PVF1并行增加疏水性及芳香族残基（尤苯丙氨酸phenylalanine），增强抗干燥能力。综上，结构重排、基因家族动态及HGT驱动的革新共同支撑Pila与Pomacea空中产卵的独立演化，为理解关键生态转换提供多层次蓝图。
论文解读：《Two Routes to Land: Genomic Underpinnings of Parallel Aerial Egg Deposition in Aquatic Old-World Pila and New-World Pomacea (Ampullariidae)》
动物从水生到陆生的过渡（terrestrialization）是生物多样性塑造的关键事件，已有研究在脊椎动物中揭示了转座元件增殖、基因家族动态及调控网络演化等机制，但无脊椎动物尤其是软体动物中促成这一关键生态转换的基因组基础仍待阐明。苹果螺科（Ampullariidae）中旧世界Pila属与新世界Pomacea属各自独立演化出将卵产于水面以上（aerial oviposition）的繁殖策略，成体仍为水生，是新世界与旧世界谱系平行演化的经典案例，且二者自冈瓦纳裂解后分离逾一亿年，为研究平行演化中基因组架构如何支撑关键生态创新提供了理想模型。此前对新世界Pomacea的研究涉及卵神经毒素及钙质相关蛋白，但旧世界Pila及两属间平行演化的遗传基础尚不清楚。本研究由研究人员发表於《Advanced Science》，通过构建旧世界Pila属高质量基因组并结合比较基因组学、三维基因组学及蛋白质组学，系统解析了Pila与Pomacea空中产卵并行演化的多层基因组机制。
主要关键技术方法： 研究人员选取泰国采集的Pila celebensis与Pila pesmei为实验材料，并以已发表的新世界苹果螺（Pomacea spp.）及旧世界Lanistes nyassanus为对照；采用PacBio HiFi+Hi-C技术组装Pila celebensis染色体级别基因组，Illumina+Oxford Nanopore(ONT)混合组装Pila pesmei支架级基因组；进行重复序列注释、共线性与祖先连锁群（ancestral linkage groups, ALGs）宏同线性（macrosynteny）分析；基于Hi-C数据计算拓扑关联结构域（topologically associating domains, TADs）；利用OrthoFinder进行直系同源基因簇鉴定，CAFE与BadiRate分析基因家族扩张，branch-site/site模型检测正选择（positive selection）；采用收敛氨基酸性质（convergent amino acid properties, CAAP）分析；通过LC-MS/MS进行卵黄周液（perivitelline fluid, PVF）蛋白质组学分析；并用系统发育与分子钟方法追溯PVF1起源及基因重复事件。
2.1 Assembly and Analysis of Two Pila Genomes Reveal Repetitive Sequence Expansion Driving Genome Doubling
研究人员通过K-mer估算与测序组装获得Pila celebensis染色体级别基因组（~1.05 Gb）及Pila pesmei支架级基因组（~898 Mb），二者基因组大小约为同科其他属两倍。Ks分布排除全基因组复制（whole-genome duplication, WGD）可能，重复序列注释显示Pila中转座元件（主要为LTR与LINE）剧烈扩张导致非重复DNA保守背景下基因组倍增，提示TE爆发可能与生态适应性相关。
2.2 Gondwanan Breakup–Driven Global Divergence and Adaptive Evolution of Ampullariidae Revealed by Macrosynteny Analysis
基于7716个直系同源基因构建最大似然系统树并校准分化时间：旧世界与新世界苹果螺分支分化为128.2 Ma（吻合冈瓦纳裂解），Pila与Lanistes分歧约64.7 Ma。宏同线性比对重建祖先连锁群发现Pila经历5次融合事件，重排区内基因富集于环境感知（如G蛋白偶联受体GPCR、synaptotagmin）、代谢与信号调节；Hox基因簇因MLG16/17融合及MLG20插入产生~30 Mb间隙区并高表达，提示结构变异可能影响基因调控。
2.3 Convergent Chromosomal Rearrangements in Pila and Pomacea
研究人员比对现存种与祖先连锁组发现染色体数目保守但存在大尺度倒位/重排；空中产卵种（Pila celebensis、Pomacea spp.）重排区内正选择基因密度显著高于随机区域（置换检验p<0.05）。三维基因组分析显示空中产卵种重排断点显著倾向于落入TAD内部（距TAD边界>100 kb），而水下产卵种断点多位于TAD边界，表明空中产卵谱系可能通过趋同重塑TAD内部架构改变基因调控以适应陆地繁殖。共享重排区块（Chr 2, 3, 13）基因功能富集于代谢、免疫、视觉感知及胁迫响应。
2.4 Gene Family Expansion and Selection Shaped the Genomic Parallelism in Aerial-Ovipositing Ampullariidae
CAFé与BadiRate分别鉴定到Pila与Pomacea各自特异扩张的基因家族，功能涉及环境感知（GPCR扩张）、代谢适应（糖基水解酶GH10纤维素酶、β-D-木糖苷酶扩张）及免疫防御（C1q、kelch-like、ficolin-1-like扩张）。两属间并行正选择基因包括水通道蛋白（aquaporins, AQPs），对空中渗透压调节至关重要；Pila另见生物能代谢基因正选择，Pomacea见细胞色素P450（cytochrome P450, CYP）与含黄素单加氧酶（flavin-containing monooxygenase, FMO）正选择关联氧化胁迫抵抗。
2.5 Convergent Evolution of Gene Functions and Amino Acid Properties in Aerial-Ovipositing Ampullariidae
尽管扩张基因家族多为谱系特异，但功能类别趋同（环境感知、免疫、代谢）。收敛氨基酸性质（CAAP）分析发现116个直系同源基因簇（orthogroups, OGs）在4种理化分类方案下均显示氨基酸位点收敛替换，功能富集于代谢、免疫、氧化应激及刺激响应，进一步佐证分子水平的功能收敛。
2.6 Egg Proteomes Show the Parallel Selection of PV1 Subunits in Aerial and Aquatic Eggs
LC-MS/MS鉴定PVF组分发现PVF1（perivitelline fluid protein 1）占空中产卵卵PVF主导比例（Pila pesmei 90.79%，Pomacea canaliculata 84.72%）高于水下产卵种；水下产卵种PVF免疫相关蛋白占比更高。PV1基因呈串联阵列排列，系统发育结合高GC3偏向及FoldSeek结构比对提示PV1源于侏罗纪苹果螺科共同祖先自病毒的水平基因转移（horizontal gene transfer, HGT），后在各谱系经串联重复分化——新世界Canaliculata支系约10 Ma发生额外重复。空中产卵种PV1第V分支正选择致苯丙氨酸（phenylalanine, Phe）残基含量约翻倍、疏水/芳香族氨基酸比上升，增强PVF脂蛋白复合物疏水核心稳定性及类胡萝卜素结合能力，从而提升抗干燥与UV屏蔽功能。PV2神经毒素仅存于新世界Canaliculata支系，Pomacea diffusa虽具关键Cys位点但因基因重排与松弛选择不表达功能性PV2。
讨论与结论翻译：
本研究首次提供旧世界Pila属两个基因组，证明Pila与Pomacea空中产卵的独立起源由多层次基因组并行与趋同驱动：功能维度上纤维素酶、β-D-木糖苷酶及C1q结构域基因家族并行扩张；PVF蛋白质组学显示空中产卵卵PVF1比例并行升高，PVF1源自古老病毒HGT，其后续重复后在空中产卵谱系并行增加疏水性及芳香族Phe残基；染色质架构上空中产卵种重排断点趋同定位于TAD内部暗示调控网络重塑；水通道蛋白（AQPs）受并行正选择；116个直系同源基因簇显示氨基酸理化性质收敛。综上，关键演化创新通过"双路径"模式实现——共有PVF基因库与分子特征结合调控架构、功能及蛋白组成的趋异-趋同精炼。本研究为探究重大生态转换（如淡水入侵、食性转变或陆地化）提供综合方法论模板。
