来自深海海山的羽星 Glyptometra sp. 的高质量染色体水平基因组装配

深海中的古老海之花

在海面之下深处，位于南海一座孤立的海底山上，生活着一种看起来更像花朵而非动物的纤细生物：羽星。作为海星和海胆的近亲，它们挥动众多触腕在黑暗中捕捉漂浮的食物。直到现在，科学家对这些动物如何适应巨大压力和长期黑暗的生活知之甚少。本研究通过详尽解析一只深海羽星的完整遗传指令书，改变了这种状况，为我们洞察生命如何在深海中生存与演化打开了新窗口。

通向地球过去的活标本

羽星属于海百合类（crinoids）的一支，是刺皮动物中最古老的谱系之一。它们的祖先曾在数亿年前繁盛于温暖浅海，并留下丰富的化石沉积。二叠纪末的大规模灭绝以后，大多数海百合类分支消失，今天仅剩少数多样性。现代海百合包括固着于海底的有柄“海百合”和自由移动的羽星。化石能告诉我们它们的体态如何随时间改变，但无法完整揭示这些动物如何应对气候、捕食者和栖息地的变化。遗传学可以填补这部分空白——而在此项工作之前，还没有来自深海羽星的高质量全基因组可供研究。

从海山到测序仪

研究人员使用遥控潜器在南海振北海山近800米深处采集到一种称为 Glyptometra sp. 的羽星。回到船上后，他们将部分个体用于传统形态学鉴定，并将小块组织冷冻保存以供遗传研究。在实验室中，他们提取了DNA并构建了多种测序文库：一种产生大量短而准确的序列片段；另一种生成可跨越空隙的长读长片段；第三种为 Hi-C，捕获DNA在细胞核内的物理折叠与包装方式。他们还测序了RNA——基因被激活时产生的中间分子，以帮助精确定位基因在基因组中的位置。

拼接出一个巨大的基因组

利用先进的计算工具，团队将重叠的DNA片段拼接成长的连续序列，并在 Hi-C 数据的指导下将其组装为13条染色体大小的片段。最终基因组规模较大——约11.4亿个DNA“字母”——并且以现代标准看极为完整。针对数百个核心动物基因的检测表明，超过98%的基因存在且完整。科学家随后在基因组中搜索重复DNA，这类序列常表现为遗传学上的“复制粘贴”元素。他们发现大约三分之二的羽星基因组由此类重复组成，尤其是称为DNA转座子的类别。这些重复区常聚集在基因稀少的片段，塑造了染色体的总体景观。

寻找功能部件

为了鉴定这段浩瀚序列中的活跃指令，研究人员结合了三类证据：直接在原始DNA中识别的模式、与近缘海洋生物已知基因的相似性，以及RNA数据显示哪些序列在个体细胞中被真实转录。这种综合方法产生了20,814个蛋白质编码基因的目录——这些基因可被翻译成生命的分子机器。几乎所有这些基因都能在公共数据库中找到可匹配的功能或家族归属。团队还绘制了非编码成分，如转运RNA、核糖体RNA和小型调控RNA，它们在控制基因何时何地被使用方面发挥作用。

这个基因组的重要性

这幅深海羽星染色体水平的DNA图谱不仅是一个技术成就，它还是理解古老海洋动物如何在数亿年间应对剧烈海洋变化的新资源。有了它，科学家现在可以比较来自浅水珊瑚礁和深海海山的羽星，寻找低光环境生活、高压耐受以及对捕食者和环境胁迫的遗传特征。它还为厘清海百合类内部错综复杂的亲缘关系提供了坚实的参考——在该类群中，形态特征与基于基因的谱系并不总是相符。简言之，这个基因组把一个神秘的深海“花朵”变成了研究演化、适应与生物多样性的有力模型，助我们探索地球上最大且最未知的环境之一。

引用: Wang, J., Sun, S., Mei, Z. et al. A high-quality chromosome-level genome assembly of a feather star Glyptometra sp. from a deep seamount. Sci Data 13, 598 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06982-1

关键词: 羽星基因组, 深海适应, 海百合类进化, 海洋生物多样性, 染色体水平组装