MBE | 比较毒液多组学研究揭示近缘海蛇物种适应不同捕食者——猎物生态系统的分子机制

进化贯穿着所有物种的生命活动，从生命的起源到物种之间的相互作用，再到表型的多样化。捕食者与其猎物之间的军备竞赛促进了双方的共同进化和性状的多样性。对于毒蛇来说，毒液是连接捕食者与猎物之间相互作用的关键桥梁，但毒蛇如何在不同的猎物选择下进化出不同毒液特征的分子机制，目前仍不清楚。青环海蛇与平颏海蛇作为我国的优势药用海洋生物，由同一祖先进化而来，在许多方面相似，但在物种生态适应的核心内容——捕食上，却表现出巨大的差异；是研究近缘物种在不同的猎物选择下，表型多样化如何形成的理想模型。

2023年6月5日，同济大学附属第十人民医院陆一鸣团队继2021年在Molecular Biology and Evolution 期刊上发表破译海蛇基因组的文章后，再一次在该期刊在线发表了题为“Comparative venom multiomics reveal the molecular mechanisms driving adaptation to diverse predator-prey ecosystems in closely related sea snakes”的研究论文， 该团队在之前的工作基础上，利用多组学技术进行了更深入的研究，发现了毒液如何进化来适应不同捕食生态的分子机制。

海蛇是海洋爬行动物中物种最丰富的一类之一，完全水生的海蛇（真海蛇）迄今已发现60多种。青环海蛇（Hydrophis cyanocintus）与平颏海蛇（H. curtus）是我国东南沿海分布最广泛、数量最多的两个优势蛇种，大约在950万年前分化成为两个独立的物种。两种海蛇作为同属近缘物种，有许多相似性，但在捕食上存在巨大差异。平颏海蛇的捕食生态涉及12个目35个科7个属17个物种，平均系统发育距离为2429.958；青环海蛇的捕食生态只涉及2个目2个科2个属2个物种，平均系统发育距离为116.556；是研究捕食者与其猎物之间的军备竞赛促进了双方的共同进化和性状的多样性较好模型。

青环海蛇与平颏海蛇不同的捕食生态系统发育情况示意图

该团队利用多组学、蛋白结构预测、对接等技术对两种海蛇的三指毒素进行了从序列-结构-功能的立体研究：对3FTx的序列、结构和功能进行探索，发现青环海蛇3FTx-SNTX的46th位点的突变导致其对鳗鲡目下的猎物捕食效率更高；对基因组、转录组，smallRNA、lncRNA、蛋白组进行联合分析，从基因拷贝数变异（CNV）和转录后表达调控两层面挖掘出两种海蛇毒液组成差异的原因；在单个毒素的毒性以及毒液的整体组成两方面揭示了不同捕食生态对毒液进行选择的作用机制。

两种海蛇三指毒素的序列、结构、功能

这些结果为研究捕食者——猎物生态系统中的共同选择和共同进化理论找到了有价值的证据。该文章不仅为利用动物毒素研发新药提供了新的理论指导和物质基础，也为海洋生物多样性提供了新的见解。

两种海蛇毒素基因表达水平变化和调控作用

上海大学医学院2021级生物学硕士研究生郑浩为第一作者， 同济大学第十人民医院王俊杰副教授、樊海荣副教授为共同第一作者。陆一鸣研究员为通讯作者，同济大学附属第十人民医院王胜教授、海军军医大学李安博士后为共同通讯作者。该研究获得“重大新药创制”国家重大科技专项、国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划、中国博士后科学基金等项目的资助。

近年来，陆一鸣研究员团队在海洋生物功能分子的发现及创新药物的研究开发取得了诸多成果，已建立海洋生物活性分子精准挖掘（分子展示技术、多组学联合AI技术）、靶点发现与确证、候选药物评价等海洋创新药物研发平台。近3年相关成果发表在Molecular Biology and Evolution，Journal of Medicinal Chemistry，European Journal of Medicinal Chemistry 等国际顶级期刊上。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/molbev/msad125

转自：“iNature”微信公众号

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