转录组学驱动的海葵遗传变异探索与肽类发现：对物种进化和药物开发的重要意义

为深入探究海葵毒素多样性的成因及潜在驱动因素，研究人员以 Anthopleura midori 和 Actinia equina 为对象开展多组学研究。结果识别出 51 条毒素序列，发现两个新基因家族和五个新环肽，还揭示了两种海葵遗传变异和转录因子的差异。该研究为药物开发和生物多样性保护提供了理论基础。

　　海葵，这些栖息在海洋里的奇妙生物，宛如海底的 “花朵”，静静地绽放着独特的魅力。长久以来，海葵中的多肽就像一座神秘的宝藏，吸引着众多科研人员的目光。它们不仅具有显著的生物活性，在药物开发领域更是潜力巨大。比如，海葵肽 APETx2 能有效抑制感觉神经元中的 ASIC3（酸敏感离子通道 3），这一发现让人们看到了海葵化合物在医疗应用方面的广阔前景。然而，全球已知的 1100 多种海葵中，其蕴含的肽毒素种类大多还未被深入探索。目前仅约 50 种海葵肽毒素经过系统分析，大量独特的肽毒素仍隐藏在未知之中，等待着人们去揭开它们的神秘面纱。而且，对于海葵毒素基因的进化机制，以及不同海葵物种间毒素多样性的成因，科学界也知之甚少。正是在这样的背景下，为了深入挖掘海葵毒素的奥秘，东莞妇幼保健院（南方医科大学博士后创新实践基地）等机构的研究人员开展了一项关于海葵 Anthopleura midori 和 Actinia equina 的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员为了全面剖析这两种海葵的奥秘，采用了多种关键技术方法。在实验过程中，他们从南海采集样本，利用转录组测序技术，对海葵触手组织的 RNA 进行深度分析，获取基因转录信息；通过遗传变异分析，以 Actinia equina 为参考基因组，检测样本中的单核苷酸多态性（SNP^s）和插入 / 缺失（InDel^s ）；运用蛋白质组学和信息学分析，对样本进行处理和检测，鉴定毒素肽；借助分子对接和分子动力学模拟技术，研究肽与目标蛋白的相互作用机制及复合物的稳定性 。

研究结果

1. 遗传变异和转录调控：研究人员对 Anthopleura midori（A 组）和 Actinia equina（B 组）的触手组织进行遗传变异和转录因子分析。发现 A 组有超过 100,000 个 SNP^s，B 组较少；但 B 组的 InDel^s数量几乎是 A 组的两倍。A 组 SNP^s中碱基 A 占主导，反映出更强的遗传多样性和适应性约束；B 组的遗传变异可能受环境压力或杂交影响。在转录因子方面，两组共享 TEA（TEA 结构域转录因子）、SPL（Squamosa 启动子结合蛋白样）和 bHLH（碱性螺旋 - 环 - 螺旋）等转录因子，但 bHLH 在 Actinia equina 中高表达，可能有助于其肌肉和神经系统发育，而 Anthopleura midori 可能依赖其他转录因子维持生理功能。
2. 基于转录组测序和机器学习的毒素肽鉴定：对两种海葵进行转录组测序和质量控制分析，结果显示样本的各项测序指标良好。研究共鉴定出 51 条毒素序列，这些序列在物种间和个体间都表现出显著差异。
3. 毒素肽的质谱鉴定：通过对两个样本进行验证，研究识别出属于 “A1 A - c14965_c0_g1” 家族的肽段，其成熟肽序列含有 6 个半胱氨酸残基，可能通过形成二硫键稳定结构，并且属于新的肽家族。
4. 候选环肽的结构预测：运用 Rosetta 软件预测毒素结构，依据多项标准筛选出 5 个具有高功能潜力和可药性的肽。这些肽具有不同的二硫键模式和分子量，如 B3a - c29555_c4_g4 是最小的肽，含有两个紧密的二硫键，具有成为生物活性分子的潜力。
5. 候选环肽的分子对接：对筛选出的肽与 Cav3.1（PDB ID：6 KZO）膜蛋白和 P2Z 受体进行分子对接筛选。结果显示不同肽的结合能和空间取向各异，其中 B3a - c7156_c0_g1 与 Cav3.1 结合能最高，B3a - c29555_c4_g4 虽然与 Cav3.1 结合能相对较低，但因其仅含两个二硫键，化学合成可行性高。进一步研究发现，B3a - c29555_c4_g4 与多种膜蛋白和受体结合能差异显著，与 Cav3.1 结合时主要依赖疏水相互作用，且在 Cav3.1 的口袋中心有特异性结合。
6. 分子动力学模拟验证：对 B3a - c29555_c4_g4 与 Cav3.1 的蛋白 - 肽系统进行分子动力学模拟。结果表明，在不同随机值下，各项参数（如 RMSD、距离参数、氢键供体 - 受体距离分布和供体 - 受体角度等）的模拟结果重复性好，稳定性和可靠性高，说明该肽与 Cav3.1 的相互作用稳定。

研究结论与讨论

该研究取得了一系列重要成果：识别出 51 条毒素序列，发现两种海葵毒素生成机制不同，Anthopleura midori 通过单核苷酸变异产生多样毒素，Actinia equina 则通过插入 - 缺失事件生成独特毒素；鉴定出两个新基因家族，预测出五个新环肽；发现两种海葵转录因子存在差异，bHLH 在 Actinia equina 中的高表达可能对其肌肉和神经系统发育有益；通过动力学模拟表明 B3a - c29555_c4_g4 可能调节 Cav3.1 蛋白通道 。

这些发现意义重大。从进化角度看，为理解海葵的进化历史和生态适应策略提供了关键线索，不同的遗传变异方式和转录因子表达模式反映了它们在不同生态环境中的适应性进化。在药物开发方面，新发现的基因家族和环肽为新型药物研发提供了潜在靶点和资源，尤其是 B3a - c29555_c4_g4 对 Cav3.1 通道的调节作用，为治疗与钙离子通道异常相关的疾病（如心律失常和癫痫）带来了新希望。不过，该研究也存在一定局限性，例如对毒素的具体功能和机制还需深入研究，新发现的基因和环肽的生物活性及药用价值也有待更多实验验证。未来，结合基因编辑、细胞实验和动物实验等多种技术手段，有望进一步揭示海葵的生物学特性和潜在应用价值，推动生物多样性保护和药物开发等领域的发展。