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光合共生已在多个动物门类中独立演化而来，但动物得以反复接纳光合共生体的细胞与演化原理仍不明确。本文发现，无沟动物类派氏无沟虫（Praesagittifera naikaiensis）通过保守宿主细胞群之间的分工，与绿藻四鞭藻（Tetraselmis）维持细胞间光合共生，而非依赖专门容纳共生体的细胞类型。通过结合单细胞转录组学与对共生体光合作用的扰动实验，我们鉴定出与共生体维持相关的保守细胞功能及谱系特异性分子创新。比较基因组分析表明，尽管无沟动物、珊瑚和海绵的光合共生独立演化，且细胞结构与共生体定位策略各异，它们都反复利用了祖先内胚层程序。这些程序涵盖参与营养处理与代谢的进化保守功能；与此同时，与共生相关的细胞表现出相对较高的推定发育潜能，提示祖先细胞功能和发育状态均可能影响宿主细胞在光合共生演化中的招募。综上，我们的研究表明，动物光合共生的趋同演化涉及祖先细胞程序的招募与改造，并伴随谱系特异性创新，从而揭示了复杂共生关系演化背后的一项普遍细胞原理。
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光合共生在多个动物门类中独立演化而来，但使动物能够反复容纳光合共生体的细胞与演化机制，仍不清楚。在此，我们表明，无肠动物日本前矢虫（Praesagittifera naikaiensis）与绿藻四鞭藻（Tetraselmis）维持着细胞间光合共生；这一过程依赖保守宿主细胞群之间的分工，而非依靠专门用于容纳共生体的细胞类型。通过结合单细胞转录组学与对共生体光合作用的干预，我们鉴定了与共生体维持相关的保守细胞功能和谱系特异性分子创新。比较基因组分析表明，无肠动物、珊瑚和海绵中独立演化的光合共生，尽管具有不同的细胞结构和共生体定位策略，却反复征用了祖先内胚层程序。这些程序涵盖了演化上一级特黄
参与营养物质处理与代谢的保守功能；而与共生相关的细胞则表现出相对较高的推定发育潜能，这表明祖先细胞功能和发育状态可能均会影响宿主细胞在进化过程中被招募以形成光合共生。总而言之，我们的研究结果表明，动物光合共生的趋同进化涉及祖先细胞程序的招募与改造，并伴随谱系特异性创新，从而揭示了复杂共生关系演化所遵循的一项普遍细胞原则。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
已声明的资助信息
中央研究院
AS-CDA-112-L06
AS-GCS-114-L08
国家科学及技术委员会
113-2311-B-001-026
114-2311-B-001-024-MY3
113-2311-B-001-008
114-2311-B-001-025
版权
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发布于 2026 年 10 月 23 日。
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动物光共生的趋同演化：通过挪用祖先内胚层程序实现
Tosuke Sakagami、Li-Jung Kao、Thomas D. Lewin、Yi-Ling Chiu、Chun-Ting Lin、Jia-Yang Su、Shih-Han Wen、Ming-Yen Wu、Asuka Arimoto、Kunifumi Tagawa、Xavier Bailly、Tsai-Ming Lu、Yi-Jyun Luo
bioRxiv
2026.10.22.760897
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.22.760897
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Tosuke Sakagami、Li-Jung Kao、Thomas D. Lewin、Yi-Ling Chiu、Chun-Ting Lin、Jia-Yang Su、Shih-Han Wen、Ming-Yen Wu、Asuka Arimoto、Kunifumi Tagawa、Xavier Bailly、Tsai-Ming Lu、Yi-Jyun Luo
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2026.10.22.760897
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.22.760897
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关键词：动物光合共生 · 趋同演化 · 祖先内胚层程序 · 单细胞转录组学 · 宿主细胞功能
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.22.760897v1?rss=1