Science：我國(guó)學(xué)者在河南發(fā)現(xiàn)水熊蟲(chóng)新物種，并揭開(kāi)其超強(qiáng)抗輻射能力的分子機(jī)制

軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院張令強(qiáng)團(tuán)隊(duì)、楊冬團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合陜西學(xué)前師范學(xué)院王立志、華大生命科學(xué)研究院范廣益等團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade 的研究論文。

該研究報(bào)道了一種在河南新發(fā)現(xiàn)的水熊蟲(chóng)——河南高生熊蟲(chóng)（Hypsibius henanensis），并建立了其實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)體系，繪制了高質(zhì)量基因組圖譜，在國(guó)際上首次整合轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組響應(yīng)超強(qiáng)輻射的動(dòng)態(tài)變化及分子進(jìn)化和功能特征分析，進(jìn)而揭示了河南高生熊蟲(chóng)耐受超強(qiáng)輻射的三類機(jī)制，并分別對(duì)代表性關(guān)鍵分子進(jìn)行了深入的功能和機(jī)制研究。

2018年，該研究團(tuán)隊(duì)從河南省伏牛山采集水熊蟲(chóng)樣品，隨后率先在國(guó)內(nèi)建立了水熊蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)體系，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；囵B(yǎng)，后經(jīng)形態(tài)學(xué)和分子水平鑒定，確定所培養(yǎng)水熊蟲(chóng)是一種新的高生屬水熊蟲(chóng)物種，并將其命名為河南高生熊蟲(chóng)（Hypsibius henanensis）。

多組學(xué)數(shù)據(jù)挖掘策略在揭示水熊蟲(chóng)極端環(huán)境耐受機(jī)制方面具有巨大潛力。通過(guò)整合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)，研究團(tuán)隊(duì)破譯了河南高生熊蟲(chóng)抗輻射反應(yīng)的基因組全景圖。在差異分析和篩選關(guān)鍵分子后，研究團(tuán)隊(duì)使用生化和細(xì)胞方法來(lái)驗(yàn)證它們的功能作用，并深入研究潛在分子機(jī)制。

具體來(lái)說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)首先獲取了新鑒定的輻射耐受性物種河南高生熊蟲(chóng)的染色體水平高質(zhì)量基因組圖譜，基因組大小為112.6M，注釋得到14701個(gè)編碼蛋白基因，均勻分布于6條染色體。

通過(guò)重離子輻射后的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組差異分析，研究團(tuán)隊(duì)從中鑒定出2801個(gè)差異表達(dá)基因（DEG）?；谶@些差異表達(dá)基因的進(jìn)化和功能分析，研究團(tuán)隊(duì)描述了其三類輻射耐受機(jī)制：

第一類，水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）可能是水熊蟲(chóng)發(fā)展超高輻射抗性的重要進(jìn)化事件。該研究鑒定了DOPA雙加氧酶基因DODA1，這是一種從細(xì)菌到緩步動(dòng)物的水平基因轉(zhuǎn)移的產(chǎn)物。DODA1通過(guò)催化生物合成一種主要存在于植物、少數(shù)真菌和細(xì)菌中的色素——甜菜素來(lái)抵抗輻射。

第二類，水熊蟲(chóng)特異性的輻射誘導(dǎo)的無(wú)序蛋白TRID1通過(guò)介導(dǎo)液-液相分離（LLPS）過(guò)程，加速了DNA損傷修復(fù)。

第三類，非水熊蟲(chóng)特異性基因也有助于其輻射耐受，該研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)線粒體呼吸鏈復(fù)合體組裝蛋白BCS1和NDUFB8顯著上調(diào)，然后積累以加速NAD⁺再生，以實(shí)現(xiàn)PARylation修飾和隨后的PARP1介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)。

總的來(lái)說(shuō)，該研究通過(guò)多組學(xué)（基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組）數(shù)據(jù)挖掘和功能驗(yàn)證，揭示了新發(fā)現(xiàn)的水熊蟲(chóng)物種河南高生熊蟲(chóng)輻射耐受的三種機(jī)制，這不僅擴(kuò)展了我們對(duì)水熊蟲(chóng)輻射耐受機(jī)制的理解，也將拓寬我們對(duì)極端條件下細(xì)胞生存的理解。