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二零二零年六月二十一日

中大研究團隊破解水母基因密碼並首次發現帶有節肢動物生長激素
有助揭示其生態及繁殖機理



香港中文大學(中大)生命科學學院許浩霖教授領導的研究團隊最近破解兩種亞洲水域常見水母的基因組,包括可食用的赤月水母(海蜇)。團隊更首次發現,一直被科學家認為只有昆蟲等節肢動物才有的生長激素,亦存在於水母體內。這些發現有助解開水母進化過程、生態及大量繁殖的迷團。研究結果已刊載於國際頂尖科學期刊《自然通訊》(Nature Communications)。

水母遍布各大海洋,從淺水區到深海都有牠們的蹤影,亦是海洋食物鏈的重要組成部分;對於人類來說,水母在亞洲地區是餐桌上的佳餚。不過,近年因氣候變化、海洋優養化等問題導致水母頻繁地大量繁殖,為人類以至海洋生態帶來危機。除了每年有成千上萬游泳人士被水母的毒觸鬚刺傷外,水母群會阻塞發電站的冷卻系統及損毀捕魚設備。

水母有著不同特徵和形態。有些水母會發光;有些水母可以「重生」;有些水母可以進行無性及有性繁殖;有些水母年幼時處於水螅期,成長過程才慢慢長出傘狀體。牠們如何在成長過程中轉換形態,科學家一直所知不多。

為了瞭解牠們隱藏的生物學特徵,許教授及其團隊對兩種在亞洲以至香港水域常見的水母進行基因組測序,牠們分別是天草水母 (Sanderia malayensis) 和俗稱海蜇的赤月水母 (Rhopilema esculentum),赤月水母是中國和部分東南亞國家的美味佳餚。

團隊利用測序技術成功重組兩種水母的基因組,透過基因比對,在基因組架構、發育到進化層面都有意想不到的發現。其中一項重大發現是首次在水母找到能夠製造「倍半萜類激素」的基因。「倍半萜類激素」是昆蟲幼蟲調控變態的重要化學物質,例如蠶蟲會在結蛹後分泌蛻殼激素及鞣化激素,調節其蛻殼行為及翅表皮的生長。由於水母也會經歷類似的變態過程,由水螅形態轉化為傘狀形態,因此這發現將有助科學家暸解水母的發育機制,以及生命週期內繁殖方式的變化。

另一個關鍵發現是,水母這類刺細胞動物與包括人類在內的兩側對稱動物,同樣擁有明顯的同源異型框基因組織。同源異型基因決定生物的身體構造,兩側對稱動物通常有三個胚層,即皮膚和神經系統(外胚層)、腸(內胚層),以及肌肉(中胚層),而刺細胞動物(如水母)則只有兩個胚層。團隊在是次研究的兩種水母,發現了同源異型框基因組織,只是當中的排序不同。這意味刺細胞動物和兩側對稱動物的共同祖先已有這些基因,只是於過去的6億年經歷不同的演化過程。

許教授表示:「水母是海中最迷人的生物,牠不但有奇特的外觀,其多變的特性和生態變化亦十分值得研究。我們將進一步研究牠的進化和發育機理,瞭解新發現的激素在刺胞動物變態及繁殖中擔當甚麼功能,並就水母大量繁殖及氣候變化所帶來的威脅,探討新的應對方法。」

關於許浩霖教授

許浩霖教授現為中大生命科學學院、農業生物技術國家重點實驗室(香港中文大學的夥伴實驗室),以及李福善海洋科學研究中心副教授。他主要研究進化生物學、基因組學、基因調控和動物學。

可瀏覽以下網址參閱論文的完整版本:https://www.nature.com/articles/s41467-020-16801-9

赤月水母(俗稱海蜇)是亞洲地區的佳餚美食。
赤月水母(俗稱海蜇)是亞洲地區的佳餚美食。

天草水母是印度太平洋海域的原生品種。
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