中国海洋大学在原生动物极端环境适应领域取得新进展

 2月25日，中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所、水产学院龙红岸团队联合14家国内外科研机构在National Science Review（《国家科学评论》）上发表了题为“Cross-domain transfer of trehalose biosynthesis genes contributes to adaptation in high-altitude environments”（海藻糖合成基因跨域转移助力高海拔环境适应）的研究。该研究从海拔4533米的西藏盐湖—依布茶卡中，成功分离并培养出一种纤毛虫原生动物—Apourosomoida sp.LHA081A01，并全面阐明了其耐受高盐、低温和低氧等多重极端环境胁迫的分子机制与演化。

青藏高原盐湖的高盐、低氧、低温及强辐射构成了极端生存挑战，却也孕育了特有的“多重嗜极生物”。由于采样困难和技术限制，高原盐湖真核微生物（如原生动物）的生存策略长期以来是一个未解之谜。

为了解开这一抗逆之谜，研究团队解析了其特殊的“纳米染色体”（nanochromosomes，一条染色体只携带1–2个基因）基因组，并找到了关键的“抗压神器”——TreT酶。演化分析显示，在约6215万年前，其祖先通过“水平基因转移”，从一类严格厌氧嗜盐细菌脱硫杆菌中“借”来了该基因。TreT酶能够介导海藻糖（α,α-trehalose）的合成（一种天然蛋白质稳定剂），在绝大多数其他纤毛虫中未见报道，却是抵御多重环境胁迫的关键所在。

深入研究表明，该外源基因在宿主基因组中扩增为三个拷贝，并发生显著功能分化：TreT 1709.1融入核心代谢网络，承担广泛的胁迫耐受功能；TreT 6901.1专于缺氧应答；而最原始的 TreT 9057.1则基本丧失耐受功能。此外，该纤毛虫还能通过大量积累β-胡萝卜素来清除体内有害的自由基，并依托多种细胞膜调节和基因质控机制，构建了多层次的耐受体系。

这项工作不仅将高海拔真核微生物推向了极端生物的研究前沿，也为解析极端生命的分子适应策略提供了重要视角。研究进一步前瞻性的指出，在全球变暖背景下，青藏高原冰川加速融化导致的盐湖降盐及区域升温，可能对该原生动物构成严峻挑战——尽管其具备多重抗逆能力，却无法在低盐度或淡水中长期存活。这一发现为理解气候变化如何重塑高海拔真核微生物的命运提供了生动范例。

进化基因组学课题组合影

中国海洋大学为该研究成果的第一完成单位，龙红岸教授为论文通讯作者，博士研究生王瑶海为第一作者，合作者、团队多名研究生和本科生均为研究完成做出了重要贡献。该项研究工作得到了国家自然科学基金委、崂山实验室、山东省泰山学者特聘专家计划等项目资助。

文：龙红岸

文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwag117