领鞭毛虫中TRP通道的多样性与空间分隔揭示动物感觉系统的进化起源

感觉系统建立于特化细胞类型之上，是动物感知并响应环境的核心。然而，许多定义这些系统的分子组分早在动物多细胞性起源之前就已出现。在这些组分中，瞬时受体电位（transient receptor potential, TRP）通道构成了一个多模态且在进化上古老的离子通道超家族，参与多种感觉过程。为更好地理解动物感觉复杂性的起源，我们研究了领鞭毛虫中的TRP通道多样性；领鞭毛虫是动物现存最近的亲缘类群。通过结合基于同源性的检索、系统发育分析和结构预测，我们发现领鞭毛虫中存在广泛的TRP通道谱系，其中包括大多数主要动物TRP通道家族的代表。跨物种比较分析揭示了TRP通道家族的两种不同进化模式：一类是保守的低拷贝家族，具有稳定的结构域架构；另一类是TRPM和TRPW家族内的谱系特异性扩增，表明其功能发生了分化。对领鞭毛虫 Salpingoeca rosetta 的荧光定位研究提供了功能性认识，表明TRPA、TRPC和TRPV通道在领复合体内空间上彼此分离；领复合体是环境感知和摄食的关键界面。不同的定位区域，以及TRPA旁系同源基因之间存在异源多聚相互作用的证据，提示亚细胞组织可能有助于这些单细胞生物中的感觉特化。综合而言，我们的发现表明，在领鞭毛虫和动物的最后共同祖先中，已经存在一个多样且功能高度可塑的TRP通道工具箱。我们提出，动物感觉系统的演化同时涉及这一祖先谱系的扩增与重组，而单细胞生物中的亚细胞图式化可视为多细胞动物中细胞类型特化的前驱。

感觉系统以特化的细胞类型为基础，是动物感知环境并对环境作出响应的核心。然而，界定这些系统的许多分子组成成分早在动物多细胞性的起源之前就已出现。在这些成分中，瞬时受体电位（TRP）通道构成了一个具有多模态特性且在进化上十分古老的离子通道超家族，参与多种感觉过程。为更好地理解动物感觉复杂性如何出现，我们研究了领鞭毛虫中TRP通道的多样性；领鞭毛虫是动物现存最近缘的亲缘类群。通过结合基于同源性的搜索、系统发育分析和结构预测，我们发现领鞭毛虫中普遍存在广泛的TRP通道库，其中包括动物大多数主要TRP通道家族的代表。

跨物种比较分析揭示了TRP通道家族的两种不同进化模式：一类是保守的、低拷贝数的家族，具有稳定的结构域架构；另一类是在TRPM和TRPW家族内部发生的谱系特异性扩张，表明其发生了功能分化。对领鞭毛虫Salpingoeca rosetta开展的荧光定位研究所获得的功能性线索表明，TRPA、TRPC和TRPV通道在领复合体内呈现空间分隔分布，而领复合体是环境感知与摄食的关键界面。不同的定位区域，以及TRPA旁系同源成员之间存在异源多聚相互作用的证据，提示亚细胞组织很可能促成了这些单细胞生物的感觉特化。

综上，我们的研究结果表明，在领鞭毛虫与动物的最近共同祖先中，已经存在一套多样且在功能上具有高度适应性的TRP通道工具箱。我们提出，动物感觉系统的演化既涉及这一祖先库的扩张，也涉及其重组；而单细胞生物中的亚细胞模式化则代表了多细胞动物中细胞类型特化的前驱。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.15.732245v1?rss=1

🏷️ TRP通道 领鞭毛虫 感觉系统进化 系统发育分析 亚细胞定位