羽织虫（管虫，tubeworm）主要生活在深海泉水和热液喷口周边，与蚯蚓和沙蚕一样属于环节动物，但它并不从外界摄取食物，取而代之的是与体内被称为“营养体”的组织中的化学合成细菌共生，利用这些细菌产生的有机物存活。另一方面，化学合成细菌会消耗对动物有害的硫化氢，因此羽织虫需要摄入硫化氢来提供给细菌。羽织虫类一般生活在几百米到几千米深的深水中，很难观察和采集，但在鹿儿岛湾发现的萨摩羽织虫（Lamellibrachia satsuma）却栖息在水深约100米的相对浅海中。
东京大学大气与海洋研究所的新里宙也副教授和该校理学研究生院的内田大贺研究生与鹿儿岛水族馆的佐佐木章馆长和新江之岛水族馆的八卷鲇太等人组成的研究团队，解码了这种生活在浅海域的萨摩羽织虫的全基因组，并分析了各个组织的基因表达。结果发现，在萨摩羽织虫身上Toll样受体和溶菌酶等与生物防御有关的基因呈现出特有的表达模式。
图1 萨摩羽织虫身体的构造与系统（供图：东京大学）
（左上）鹿儿岛水族馆饲养的萨摩羽织虫。（右上）羽织虫的基本身体结构。羽织虫身体的大部分被壳质栖息管覆盖。化学合成细菌共生在体内一种叫做“营养体”的特殊组织中。（下）基于本研究中解码的萨摩羽织虫基因组遗传序列制作的系统发生树
研究人员将萨摩羽织虫的基因组与其他多种动物的基因组进行比较，发现了羽织虫的多种特征。例如，可攻击细菌的蛋白质溶菌酶的基因数量比其他环节动物有所增加。此外，通过比较构成羽织虫身体四个区域中的壳盖、羽织部分和躯干的基因表达水平发现，大部分溶菌酶基因主要在表达在羽织部分。另一方面，大多数可检测细菌和病毒并触发先天性免疫反应的Toll样受体基因主要在壳盖中表达。
萨摩羽织虫中栖息共生细菌的部分是存在于躯干部分的营养体。这种基因表达的分布表明，躯干中的共生细菌在空间上与这些生物防御的关键因子是隔离的。换句话说，Toll样受体和溶菌酶集中在壳盖和邻近的羽织部中，尽管它们能有效迅速地处理病原体，但同时对体内共生细菌的攻击则受到抑制。
那么，在躯干部分发现了哪些基因呢？研究人员分析发现，在羽织虫的基因组中，与微生物表面碳水化合物链结合的蛋白质——C型凝集素的基因数量有所增加，其中一部分在体内高度表达。这种蛋白质可能参与了对躯干部位生物防御能力较弱的外来微生物的反应，又或者参与了与共生细菌的相互作用。
此外，被认为与栖息管分解有关的甲壳氨酸酶，以及与体内氧气和硫化氢运输有关的球蛋白基因，也在羽织虫类的基因组中出现了增加。同时，尽管与参与控制缺氧反应的FIH1基因相似，但研究发现了在广泛的动物物种中只有羽织虫类具有的FIH1类基因。 研究认为，这两种基因都有助于羽织虫独特生活方式的进化。
该基因组的解码有望推动对动物与化学合成细菌之间的共生关系，以及对热液喷口区域和泉水区域适应性的研究。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：DNA Research
论文：Genomic and transcriptomic analyses illuminate the molecular basis of the unique lifestyle of a tubeworm, Lamellibrachia satsuma
DOI：10.1093/dnares/dsad014
