管水母Physalia utriculus的整合基因组学揭示了群体分工的调控逻辑及毒液活性的分子基础

单一基因组如何产生出功能上整合为一个有机体、却又具有特化功能的多细胞个体，仍然是复杂群体性演化中的一个基础性问题。管水母类是动物中这一策略最精细复杂的代表，然而，个虫特化的分子基础仍然知之甚少。在此，我们构建了蓝瓶僧帽水母 Physalia utriculus 的多组学图谱，包括参考基因组，以及 P. utriculus 多种结构的转录组、染色质可及性和 DNA 甲基化谱。 我们表明，个虫身份与不同的染色质可及性景观相关，这些景观富集了祖先型转录因子结合基序；相比之下，DNA 甲基化则保持相对静态，而是与这一重复序列极其丰富的基因组中的基因结构相关。这些结果提示，管水母群体性的演化主要依赖于祖先发育程序的重构，而非广泛的发育基因创新。 与此相对，我们对蓝瓶僧帽水母毒液的表征揭示，SOUL 蛋白作为毒液成分发生了此前未被识别的扩张，凸显了与生态适应相关的谱系特异性遗传创新。最后，在人类细胞中进行的 CRISPR-Cas9 基因敲除筛选鉴定出硫酸乙酰肝素蛋白聚糖与毒液易感性相关，这提示了基于肝素衍生化合物的潜在治疗策略。 综合而言，我们的研究结果将群体性分工的演化与谱系特异性的生态创新联系起来，揭示了这一海洋中最具标志性的群体性动物之一的演化机制。

单一基因组如何产生出功能上整合为一个有机体、且具有特化功能的多细胞个体，仍然是复杂群体性进化中的一个根本性问题。管水母类生物代表了动物界中这一策略最为精细复杂的实例，然而，个虫特化的分子基础仍知之甚少。在此，我们构建了蓝瓶水母 Physalia utriculus 的多组学图谱，其中包括一个参考基因组，以及 P. utriculus 多种结构的转录组、染色质可及性和 DNA 甲基化谱。

我们表明，个虫身份与不同的染色质可及性景观相关，这些景观富集了祖先性转录因子结合基序；相比之下，DNA 甲基化则保持相对静态，并且在这一重复序列异常丰富的基因组中，更多地与基因结构相关。这些结果表明，管水母群体性的进化主要依赖于对祖先发育程序的重构，而非大规模的发育基因创新。相反，我们对蓝瓶水母毒液的表征揭示了 SOUL 蛋白作为毒液成分此前未被认识的扩张，突出了与生态适应相关的谱系特异性遗传创新。

最后，在人类细胞中进行的 CRISPR-Cas9 基因敲除筛选揭示了肝素硫酸蛋白聚糖在毒液易感性中的作用，这提示了基于肝素衍生化合物的潜在治疗策略。总体而言，我们的研究结果将群体性分工的进化与谱系特异性的生态创新联系起来，揭示了这一海洋中最具标志性的群体性动物之一的演化机制。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.01.742136v1?rss=1

🏷️ 管水母 整合基因组学 群体分工 染色质可及性 毒液进化 CRISPR筛选