在海底沉积界面之下，甲烷、硫化氢或烃等流体以喷涌或渗漏方式从海底溢出，形成了海底冷泉活动。冷泉区具有高压、低温、低氧等特征，孕育了极为特殊的深海生态系统。海水中甲烷厌氧氧化古菌和硫酸盐还原细菌积极参与冷泉流体中甲烷氧化与硫酸盐还原的化学反应，为化能自养微生物提供了碳源和能量。冷泉区缺乏氧气和光能合成物质，生物无法进行光合作用。生活在这种环境中的动物，部分通过与化能自养微生物共生获取能量，部分动物不与微生物共生。目前对冷泉区动物的遗传学研究主要集中在共生物种上，而对非共生物种环境适应性的研究相对缺乏。

在不与化能微生物共生的物种中，深海海参（Chiridota heheva）属于棘皮动物门，海参纲，无足目，主要生活在冷泉或热液等深海还原性环境中，以悬浮或沉积有机质为主要食物。由于其特殊的地理分布和生活方式，深海海参可被用于探究非共生动物适应深海还原环境的遗传学基础。

我实验室海洋生命过程与生物资源利用团队在实验室资助的航次中，利用“深海勇士”号载人潜水器，在“海马”冷泉区采集到深海海参样品（图1），组装和注释了该物种的高质量基因组，并解析了其演化历史和深海适应机制。

图1. 采样点及深海海参（Chiridota heheva）在冷泉区的生存情况

对深海海参基因组的分析发现，aerolysin-like 蛋白家族在深海海参基因组中显著扩张（图2）。深海海参与海葵等刺胞动物的aerolysin-like蛋白亲缘关系较近。前期研究表明，海葵利用aerolysin-like蛋白消化食物中的细胞。由于冷泉区微生物组成极为特殊，部分细菌拥有难以破坏的多层膜结构。Aerolysin-like蛋白家族的扩张可能协助深海海参消化微生物，从而在深海还原环境中获取能量。此外，多个参与低氧适应的基因在深海海参中受到正选择。其中，LHPP基因中的一个氨基酸位点同时在深海海参和鲸豚类生物中受到正选择，说明深海海参与其他物种可能具有相似的低氧适应机制，为生物低氧适应性研究提供了现实依据。

图2. Aerolysin-like蛋白家族在深海海参基因组中显著扩张

研究成果于2022年3月在Nature旗下期刊Communications Biology （中科院SCI二区Top，影响因子6.268） 上发表，题目为“The genome of an apodid holothuroid (Chiridota heheva) provides insights into its adaptation to a deep-sea reducing environment”。中山大学海洋科学学院博士研究生张龙及创新团队骨干成员何键副研究员为文章的共同第一作者，团队首席科学家、中山大学何建国教授，以及创新团队骨干成员中山大学王牧骅副教授为文章的共同通讯作者。

科技新闻网站New Scientist对文章的研究成果进行了报道，介绍了深海海参的深海适应性机制。

该研究得到了国家自然科学基金项目、南方海洋实验室创新团队建设科研经费、广东省基础与应用基础研究基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-022-03176-4

New Scientist报道链接：https://www.newscientist.com/article/2293259-sea-cucumber-has-modified-genes-to-help-it-live-on-hydrothermalvents/?utm_campaign=RSS%7CNSNS&utm_source=NSNS&utm_medium=RSS&utm_content=news