近日，海洋所沙忠利团队在甲壳动物适应深海热液、冷泉环境分子机制方面取得新进展，相关成果以封面文章发表于深海研究领域重要国际期刊Deep-Sea Research Part I。
深海化能合成生态系统主要包括热液、冷泉和其他还原型生态系统（如鲸落），其中深海热液和冷泉活动是海底流体活动最为直观的表现形式之一，一直处在国际海洋科学研究的前沿和热点领域。热液和冷泉虽然同为深海化能合成生态系统，但二者成因和分布不同，环境特征也存在较大差别。铠甲虾是深海化能极端环境中的优势甲壳动物之一，中国科学院海洋研究所沙忠利团队前期对西太平洋冲绳热液区和南海冷泉区共有优势甲壳物种柯氏潜铠虾Shinkaia crosnieri Baba and Williams, 1998开展了简化基因组和比较转录组分析，从多角度揭示了深海甲壳动物微进化和环境适应的遗传基础，相关成果吸引了系统学、进化生物学及生态学等领域国际同行的关注，相继被 Trends in Ecology and Evolution，Global Change Biology，Molecular Biology and Evolution等国际权威期刊引用和论证。
除了柯氏潜铠虾，劳盆拟刺铠虾Munidopsis lauensis Baba and de Saint Laurent,1992也是少数能够在热液、冷泉均有分布的甲壳动物之一。聚焦深海热液与冷泉生物群落对环境适应机制是否存在差异这一科学问题，团队对依托国家大科学装置“科学”号在西太平洋马努斯热液区和南海冷泉区采集的劳盆拟刺铠虾开展了多组织转录组测序与分析。研究发现，不同组织共有的差异表达转录本呈现出环境相关的聚类模式，提示存在环境介导的基因表达模式。进一步分析发现，与抗氧化、解毒、DNA损伤修复以及先天免疫相关的基因大多在热液个体中表达上调。考虑到马努斯热液和南海冷泉环境中的硫化氢浓度差异以及硫化氢的细胞毒性，对参与硫化氢代谢与解毒的基因进行了筛选与分析，发现线粒体硫化氢氧化、内源性硫化氢合成及氧化磷酸化相关的基因均发生显著的差异表达，且大部分基因在热液个体中表达上调。
这些结果揭示出劳盆拟刺铠虾可能通过调节环境适应性的关键基因表达模式以适应不同的深海化能环境，如不同的硫化氢、重金属浓度与微生物组成等。该研究与团队前期对柯氏潜铠虾的研究发现相互印证，共同揭示出环境适应关键基因的表达分化可能是甲壳动物适应不同深海热液、冷泉环境的重要策略，丰富了对深海大型生物环境适应机制的认识。
程娇副研究员和研究生闫晗为论文共同第一作者，沙忠利研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金杰出青年项目、崂山实验室“十四五”重大项目和中国科学院战略性先导科技专项等项目联合资助。
相关论文信息：
1. Jiao Cheng#, Han Yan#, Min Hui, Zhongli Sha*. Novel insights into deep-sea hydrothermal vent and cold seep adaptation inferred from comparative transcriptome analysis of a munidopsid squat lobster distributed in both environments. Deep-sea Research Part I, 2024, 205: 104245. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2024.104245
2. Jiao Cheng, Min Hui, Yulong Li, Zhongli Sha*. Genomic evidence of population genetic differentiation in deep-sea squat lobster Shinkaia crosnieri (Crustacea: Decapoda: Anomura) from Northwestern Pacific hydrothermal vent and cold seep. Deep-sea Research Part I, 2020, 156: 103188. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2019.103188
3. Jiao Cheng, Min Hui, Zhongli Sha*. Transcriptomic analysis reveals insights into deep-sea adaptations of the dominant species, Shinkaia crosnieri (Crustacea: Decapoda: Anomura), inhabiting both hydrothermal vents and cold seeps. BMC Genomics, 2019, 20: 388. https://doi.org/10.1186/s12864-019-5753-7