从海参基因组窥探器官再生的秘密

　　

生物通报道 中国科学院海洋研究所的相建海研究员领导的团队近日对海参基因组进行了测序，以深入了解其内部器官的再生能力。这项成果于10月12日发表在《PLOS Biology》杂志上。

海参属棘皮动物，但与尖锐的海星和海胆不同。它的躯体呈长细圆状，肉多而肥厚，体壁外有许多肉质的突起，酷似黄瓜，故又有“海黄瓜”之称。海参的再生能力让人啧啧称奇。在遇到天敌时，它能够将内脏排出，几个星期后又再生出一副新的内脏。因此，海参基因组的探索将有助于细胞和组织再生以及缓解衰老的研究。

在这项研究中，研究人员将Illumina的短读长测序与Pacific Biosciences的长读长测序相结合，来解析刺参（Apostichopus japonicus）的基因组。他们生成了大约805 Mb的基因组序列，并开发出30,350个蛋白编码基因的模型，其中93%受到转录组数据的支持。

研究人员对新组装的刺参基因组与其他17种动物（包括水蚤、海星和人）开展了系统发育分析，结果表明海参位于棘皮动物门（Echinodermata）。他们认为，这种分类还支持了棘皮动物门和半索动物门是姐妹群体的概念，它们大约在寒武纪爆发时分开。

与其他硬硬的棘皮动物不同，海参是肉肉的。研究人员发现，即便如此，海参与其他棘皮动物也共享着部分骨骼形成调控系统。不过，紫海胆拥有31个生物矿化基因，但海参只有7个。转录组数据也同样表明，这些生物矿化基因在紫海胆的各个发育阶段高度表达，而海参却并非如此。

从再生医学的角度来看，海参的再生能力当然是研究人员最感兴趣的。他们通过研究发现了一组串联重复的基因，在经历器官再生的海参中高度上调。这些基因在其他的物种中没有同源物，且编码的蛋白质包含保守的半胱氨酸残基，这表明它们属于刺参特异的基因家族。蛋白分析表明，它们包含与PSP94类似的结构域，因此研究人员将其称为PSP94样基因。

此外，他们还发现刺参含有哺乳动物多能因子（比如Sox2、c-Myc、Oct4和Klf4）的直系同源物，其中一些在海参排出内脏不久后上调。这进一步暗示，海参的再生机制与脊椎动物有些相似。

“这种高质量的基因组资源将为今后的生物学及进化研究提供有用的框架，而海参的神奇再生能力也许有着医学上的应用，”作者写道。（生物通 薄荷）

原文标题

The sea cucumber genome provides insights into morphological evolution and visceral regeneration