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11月29日，美國科學院院刊PNAS在線刊發(fā)了海洋所劉保忠課題組題為The mud-dwelling clam Meretrix petechialis secretes endogenously synthesized erythromycin 的研究論文。該研究首次發(fā)現(xiàn)埋棲貝類文蛤能在體內(nèi)特定細胞中合成、儲存、分泌內(nèi)源性的紅霉素，打破了只有放線菌能合成紅霉素的已有認知，基于此發(fā)現(xiàn)提出了埋棲貝類適應環(huán)境與抵御微生物侵染的新策略。
自然界中一個經(jīng)常被問到的問題是，無脊椎動物，尤其是生活在充斥豐富微生物的淺海灘涂等棲息地的物種，在沒有特異性免疫系統(tǒng)的狀況下，如何應對一個病原體密集的環(huán)境并正常生存？除了已知的先天免疫體系外，他們是否進化出其他的防御機制？研究團隊以埋棲貝類文蛤為對象，通過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)并給出了這一問題的新答案：即化學防御（如紅霉素合成）結(jié)合粘液屏障，與貝類細胞和體液免疫組成的先天免疫系統(tǒng)一起，構(gòu)成了其應對特定環(huán)境的免疫“盔甲”。
紅霉素是一種高效的抗菌化合物，此前一直認為只能由細菌產(chǎn)生?？蒲腥藛T在文蛤外套膜轉(zhuǎn)錄組分析中，驚奇地發(fā)現(xiàn)了紅霉素合成過程的關(guān)鍵基因—紅霉內(nèi)酯合酶基因（MpES）。科研人員首先通過色譜-質(zhì)譜聯(lián)用的方法確定紅霉素存在于文蛤外套膜組織中，然后利用透射電鏡、免疫組化等手段進一步定位并表征了外套膜中產(chǎn)生和儲存紅霉素的具體結(jié)構(gòu)為一種粘液樣細胞，且紅霉素可以隨粘液分泌到體外，抑菌試驗結(jié)果證實了粘液具抗菌活性，而敲降MpES基因則影響體內(nèi)紅霉素合成。遺傳分析表明MpES在文蛤家系親本和子代的基因型分離比符合孟德爾分離定律，支持了紅霉素合成基因的動物源性；系統(tǒng)進化分析和基因組區(qū)域的共線性分析也提示該基因起源于動物譜系。另外，在文蛤?qū)俳壩锓N的相同細胞中也檢測到了紅霉素合成，提示產(chǎn)生抗生素的能力可能更廣泛地存在于海洋無脊椎動物中，提供了動物與細菌次級代謝產(chǎn)物趨同進化的實例。該發(fā)現(xiàn)為理解無脊椎動物的環(huán)境適應和免疫防御機制提供了新的視角，也為經(jīng)濟貝類的健康養(yǎng)殖和抗性育種提供了新思路。
文蛤在外套膜中合成紅霉素
紅霉素合成動物源性的部分證據(jù)
該論文是繼團隊2020年在PNAS報道貝類Hox基因背腹分離表達規(guī)律后，在該刊發(fā)表的又一重要研究成果。海洋所岳欣副研究員為該論文第一作者，美國卡內(nèi)基研究所Margaret McFall-Ngai教授和海洋所劉保忠研究員為通訊作者。研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學家項目、青島海洋科學與技術(shù)試點國家實驗室項目等的聯(lián)合資助。
論文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2214150119
（原標題：PNAS刊發(fā)海洋所最新成果：文蛤分泌內(nèi)源性紅霉素助力構(gòu)筑免疫屏障）
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