Science：我國學(xué)者在河南發(fā)現(xiàn)水熊蟲新物種，并揭開其超強(qiáng)抗輻射能力的分子機(jī)制

軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院張令強(qiáng)團(tuán)隊(duì)、楊冬團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合陜西學(xué)前師范學(xué)院王立志、華大生命科學(xué)研究院范廣益等團(tuán)隊(duì)，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 上發(fā)表了題為：Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade 的研究論文。

該研究報(bào)道了一種在河南新發(fā)現(xiàn)的水熊蟲——河南高生熊蟲（Hypsibius henanensis），并建立了其實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)體系，繪制了高質(zhì)量基因組圖譜，在國際上首次整合轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組響應(yīng)超強(qiáng)輻射的動(dòng)態(tài)變化及分子進(jìn)化和功能特征分析，進(jìn)而揭示了河南高生熊蟲耐受超強(qiáng)輻射的三類機(jī)制，并分別對代表性關(guān)鍵分子進(jìn)行了深入的功能和機(jī)制研究。

2018年，該研究團(tuán)隊(duì)從河南省伏牛山采集水熊蟲樣品，隨后率先在國內(nèi)建立了水熊蟲實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)體系，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；囵B(yǎng)，后經(jīng)形態(tài)學(xué)和分子水平鑒定，確定所培養(yǎng)水熊蟲是一種新的高生屬水熊蟲物種，并將其命名為河南高生熊蟲（Hypsibius henanensis）。

多組學(xué)數(shù)據(jù)挖掘策略在揭示水熊蟲極端環(huán)境耐受機(jī)制方面具有巨大潛力。通過整合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)，研究團(tuán)隊(duì)破譯了河南高生熊蟲抗輻射反應(yīng)的基因組全景圖。在差異分析和篩選關(guān)鍵分子后，研究團(tuán)隊(duì)使用生化和細(xì)胞方法來驗(yàn)證它們的功能作用，并深入研究潛在分子機(jī)制。

具體來說，研究團(tuán)隊(duì)首先獲取了新鑒定的輻射耐受性物種河南高生熊蟲的染色體水平高質(zhì)量基因組圖譜，基因組大小為112.6M，注釋得到14701個(gè)編碼蛋白基因，均勻分布于6條染色體。

通過重離子輻射后的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組差異分析，研究團(tuán)隊(duì)從中鑒定出2801個(gè)差異表達(dá)基因（DEG）?；谶@些差異表達(dá)基因的進(jìn)化和功能分析，研究團(tuán)隊(duì)描述了其三類輻射耐受機(jī)制：

第一類，水平基因轉(zhuǎn)移（HGT）可能是水熊蟲發(fā)展超高輻射抗性的重要進(jìn)化事件。該研究鑒定了DOPA雙加氧酶基因DODA1，這是一種從細(xì)菌到緩步動(dòng)物的水平基因轉(zhuǎn)移的產(chǎn)物。DODA1通過催化生物合成一種主要存在于植物、少數(shù)真菌和細(xì)菌中的色素——甜菜素來抵抗輻射。

第二類，水熊蟲特異性的輻射誘導(dǎo)的無序蛋白TRID1通過介導(dǎo)液-液相分離（LLPS）過程，加速了DNA損傷修復(fù)。

第三類，非水熊蟲特異性基因也有助于其輻射耐受，該研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)線粒體呼吸鏈復(fù)合體組裝蛋白BCS1和NDUFB8顯著上調(diào)，然后積累以加速NAD⁺再生，以實(shí)現(xiàn)PARylation修飾和隨后的PARP1介導(dǎo)的DNA損傷修復(fù)。

總的來說，該研究通過多組學(xué)（基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組）數(shù)據(jù)挖掘和功能驗(yàn)證，揭示了新發(fā)現(xiàn)的水熊蟲物種河南高生熊蟲輻射耐受的三種機(jī)制，這不僅擴(kuò)展了我們對水熊蟲輻射耐受機(jī)制的理解，也將拓寬我們對極端條件下細(xì)胞生存的理解。