研究背景来自葡萄牙波尔图大学海洋与环境研究跨学科中心的Agostinho Antunes及其团队在Toxins期刊上发表了文章对刺胞动物门中一种神秘的神经毒素家族——小型富含半胱氨酸蛋白 (SCRiPs) 进行了系统的进化分析。该研究在广泛的石珊瑚和海葵物种中鉴定了大量SCRiP同源基因并基于系统发育关系提出了新的分类命名体系为该毒素家族的后续功能研究与生物勘探提供了重要的理论基础。研究过程与结果刺胞动物是地球上现存最古老的有毒动物门类其毒液系统在7.98亿年前就已经出现。这个庞大的门类包括珊瑚、海葵和水母等11000多种生物它们通过刺细胞中的毒液进行捕食和防御。在众多刺胞动物毒素中小型富含半胱氨酸蛋白 (SCRiPs) 因其特殊的结构和功能而备受关注。图1. 刺胞动物门的简化系统发育树。SCRiPs是首个在石珊瑚中被鉴定出的神经毒素家族具有典型的八半胱氨酸保守框架其成熟蛋白分子量约为4.3–5.8 kDa结构与β-防御素类似。尽管早期研究曾推测SCRiPs可能与珊瑚的生物矿化过程有关但后续在非钙化海葵中的发现以及其对斑马鱼幼虫表现出的神经毒性效应证实了其作为神经毒素的功能。然而长期以来缺乏关于SCRiPs的分子进化机制、系统发育分布以及命名体系的系统研究阻碍了对其功能多样性和生态角色的深入理解。为此Barroso等人通过对117个基因组和103个转录组数据的全面筛选结合严格的生物信息学流程成功注释出168个新的SCRiP候选基因涵盖36种石珊瑚和12种海葵。在获得高质量的SCRiPs数据集后研究团队进一步构建了SCRiP基因的系统发育树结果显示SCRiPs可明确划分为四个高度支持的单系亚家族SCRiP-α、SCRiP-β、SCRiP-γ和SCRiP-δ。其中SCRiP-α几乎全部存在于鹿角珊瑚科而SCRiP-β和SCRiP-γ分布较广见于多个石珊瑚科SCRiP-δ则同时存在于海葵和部分鹿角珊瑚中提示其可能为最原始的亚型。基于这一清晰的系统发育框架研究提出了新的SCRiPs命名系统以希腊字母α、β、γ、δ区分为四个亚家族取代了以往仅按发现顺序命名的混乱体系。这一分类不仅反映了序列相似性更体现了进化关系为后续研究提供了标准化基础。图2. 基于核苷酸序列构建的最大似然系统发育树。选择压力分析进一步揭示了各亚家族的进化动态。通过MEME、FEL、FUBAR和SLAC等多种方法检测研究发现SCRiP-β、SCRiP-γ和SCRiP-δ主要受到纯化选择 (ω值分别为0.638、0.619和0.576)说明这些亚家族的功能相对保守。相比之下SCRiP-α显示出明显的正向选择信号 (ω 1.30)并在多个位点检测到正选择位点表明该亚家族可能在鹿角珊瑚中经历着快速进化以适应特定的生态需求。研究还发现SCRiPs的表达具有明显的时空特异性。在石珊瑚中不同亚家族在不同发育阶段表达各异例如Acropora millepora的SCRiP-α在整个生命周期中都表达而SCRiP-γ在胃胚期、后胃胚期和成体阶段不表达。在海葵中SCRiP-δ主要从触手转录组中鉴定得到这与其在捕食和防御中的功能定位相符。这些表达模式为理解SCRiPs的生态功能提供了重要线索。研究总结本研究系统揭示了SCRiP毒素家族在珊瑚与海葵中的进化历程及其多样性提出了基于系统发育的新型命名体系并揭示了不同亚家族在进化过程中所受的选择压力差异。该研究不仅填补了珊瑚毒素进化研究的空白也为后续SCRiP毒素的功能鉴定、作用机制解析及其在生态适应中的角色研究奠定了坚实基础。未来随着更多物种基因组数据的完善和功能实验的开展SCRiPs在珊瑚-环境互作、捕食防御、乃至新型神经活性药物开发方面的潜力将得到进一步挖掘。Toxins期刊介绍主编Jay Fox, University of Virginia, Charlottesville, USA期刊主要涵盖了由生物体产生的各类毒素领域的相关研究。2024 Impact Factor4.02024 CiteScore8.2Time to First Decision18.4 DaysAcceptance to Publication2.8 Days本文转自MDPI生物与生命科学仅供学习交流