在全球气候变化与人类活动双重压力下，海洋水母灾害频繁发生，严重威胁滨海重大设施正常运转。海月水母是全球广布性灾害水母，也是我国近海主要灾害水母种类。海月水母具有浮游水母体和底栖水螅体交替的两个世代，水螅体具有灵活多变的无性生殖策略，包括出芽生殖、足囊生殖、横裂生殖等；水螅体可以通过出芽生殖进行快速种群增殖，也可以通过横裂生殖释放多个碟状体，因此，底栖水螅体是海月水母种群“指数级”暴发性增殖的源头和关键，而研究其调控机制对于阐明水母暴发机制具有重要科学意义。中国科学院烟台海岸带研究所董志军研究员团队依托于中国科学院牟平海岸带环境综合试验站，在海洋灾害水母无性生殖过程分子调控机制方面开展研究工作，取得系列研究进展，相关成果发表于《The Innovation Geoscience》和《Molecular Ecology》。
水母是最早具有游泳运动能力的海洋生物类群，而横裂生殖是水母实现从底栖固着到浮游运动的关键生活史过程，也是决定水母暴发的关键转折时期。结合单细胞转录组测序、转录组测序、整体原位杂交、RNA干扰等技术手段，绘制了海月水母横裂生殖过程的细胞图谱，描绘了海月水母细胞类型多样性；揭示了海月水母从底栖水螅体到浮游碟状体转变过程神经肌肉系统的转录变化特征，识别了海月水母实现从固着到游泳的神经细胞和肌肉细胞新类型；探究了肌肉细胞的分化发育过程，发现HOX1参与调控海月水母横裂生殖和横纹肌的生成（图1）。该研究为海月水母横裂生殖的细胞学和分子调控机制提供了新认知，也为海月水母灾害防控技术研发提供了新思路，相关工作发表在《The Innovation Geoscience》（Li et al., 2024,The Innovation Geoscience）。
图1 海月水母横裂生殖的细胞学和分子机制图
足囊生殖是水母在逆境条件下的无性生殖方式，对维持水母种群生存和水母暴发具有重要作用。研究发现温度和食物在调控海月水母休眠足囊形成中的关键作用。单细胞转录组分析显示在足囊形成过程中，不同类型细胞展现出特殊的基因表达模式，热休克蛋白编码基因HSC70和HSP90a可能作为调控休眠足囊形成的枢纽基因。此外，绘制了首个休眠体的细胞图谱，鉴定了维持休眠足囊在特定环境条件下长期存活和萌发的6种细胞类型（图2）。该研究为理解调控休眠形成的分子调控机制提供了新见解，有助于更好地理解逆境条件生物适应性生存策略。相关工作发表在《Molecular Ecology》（Li et al., 2024, Molecular Ecology）。
图2 海月水母休眠足囊细胞图谱
上述研究工作得到国家自然科学基金委山东联合基金（U2106208）、中国科学院战略性先导科技专项、泰山学者青年专家等项目支持。
相关论文：
Li Y.#, Peng S.#, Liu Y.#, Sun K.#,Wu L.#, Yu Z., He K., Ma Y., Wang F., Xu P., Li J., Sun T., ZhengH., Ye L., Wang L., Hao W., Zhao J.*, Lin Q.*, Chen K.*, Dong Z.* 2024. Molecular and cellular basis of life cycletransition provides new insights into ecological adaptation in jellyfish.The Innovation Geoscience 2: 100063. https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2024.100063
Li Y., Xu P., Sun T., Peng S., Wang F., Wang L., Xing Y., Wang E., ZhaoJ., Dong Z.* 2024. Environmental and molecular regulation of diapause formationin a scyphozoan jellyfish. Molecular Ecology 33: e17249. https://doi.org/10.1111/mec.17249
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