从代谢物到信号分子：谷氨酸能系统在后生动物中的进化组装

谷氨酸能信号传导是动物兴奋性神经传递的核心，但其在代谢、转运和受体功能层面的演化组装过程仍未得到充分解析。在本研究中，我们对89个核心蛋白质组中的40种谷氨酸相关蛋白开展了全面的系统基因组学调查，所涉及对象包括53种后生动物和36个外群谱系。参与谷氨酸相互转化与调控的核心代谢酶，包括GLUD1、GPT和GOT1，在后生动物中广泛保守，并可追溯至领鞭毛虫，这与一种早于特化神经传递出现的祖先代谢框架相一致。GLS和GLUL虽广泛保留，但并非普遍存在，在部分类群中表现出谱系特异性的缺失。兴奋性氨基酸转运体（EAAT/SLC1A）存在于所有取样的后生动物谱系中，而囊泡谷氨酸转运体（VGLUT/SLC17A）的分布则较为受限，仅见于扁盘动物、刺胞动物和两侧对称动物。代谢型谷氨酸受体可在早期分化的真后生动物中检测到，而若干离子型受体亚家族则在脊索动物和脊椎动物中发生扩张。基因树—物种树协调分析揭示了多个谱系特异性的基因复制与丢失事件，支持谷氨酸能分子工具箱逐步组装的模型。这些结果表明，古老的代谢功能在演化过程中逐步获得了转运和受体层面的创新，为研究兴奋性信号传导的演化提供了一个框架。

谷氨酸能信号传导是动物兴奋性神经传递的核心，但其在代谢、转运和受体功能等层面的演化组装过程仍未得到充分解析。在本研究中，我们对89个核心蛋白质组中的40种谷氨酸相关蛋白开展了全面的系统发育基因组学调查，涵盖53种后生动物和36个外群谱系。参与谷氨酸相互转化与调控的核心代谢酶，包括GLUD1、GPT和GOT1，在后生动物中普遍保守，并延伸至领鞭毛虫，这与一种早于特化性神经传递的祖先代谢框架相一致。GLS和GLUL在多数谱系中均得以保留，但并非普遍存在，部分类群表现出谱系特异性的缺失。兴奋性氨基酸转运体（EAAT/SLC1A）存在于所有取样的后生动物谱系中，而囊泡谷氨酸转运体（VGLUT/SLC17A）的分布较为受限，仅见于扁盘动物、刺胞动物和两侧对称动物。代谢型谷氨酸受体可在早期分化的真后生动物中检测到，而若干离子型受体亚家族则在脊索动物和脊椎动物中发生了扩张。基因树—物种树协调分析揭示了多个谱系特异性的基因复制与丢失事件，支持谷氨酸能工具包逐步组装的模型。这些结果表明，古老的代谢功能在演化过程中逐步得到转运机制和受体创新的补充，为研究兴奋性信号传导的演化提供了一个框架。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.05.749567v1?rss=1

🏷️ 谷氨酸能信号传导 系统基因组学 后生动物演化 神经递质受体 基因复制与丢失