浙江万里学院研究成果揭示贝类血红蛋白进化和起源之谜

近日，浙江万里学院林志华研究员、包永波研究员团队与中国海洋大学包振民院士团队合作，在贝类血红蛋白进化和起源研究领域取得重要进展。2021年2月2日，该研究成果以“Genomic insights into the origin and evolution of molluscan red-bloodedness in the blood clam Tegillarca granosa”（泥蚶基因组揭示软体动物血红性状的起源和演化）为题，发表在进化生物学领域顶尖学术期刊《Molecular Biology and Evolution》（最新影响因子IF为11.062，其5-year期IF为11.185）上。

血液是维系动物所有生命活动和生理功能的关键要素。几乎所有的脊椎动物都依靠血液中的血红蛋白（Hb）运载氧气，因此血液通常呈红色。然而在无脊椎动物中，呼吸蛋白多种多样，仅有少数类群的血液为红色，且通常被认为是进化新颖性的体现。那么，

无脊椎动物血红性状是如何获得的？

其起源和演化是否完全独立于脊椎动物？

长期以来这些关键科学问题的答案仍不清晰。

蚶科贝类是为数不多具有红色血液的软体动物类群，是研究无脊椎动物血红性状起源和演化的良好动物模型。为了解析这些谜团，该研究团队首先对我国传统养殖贝类泥蚶（俗称血蚶）进行了染色体水平基因组和不同组织及发育阶段的转录组测序，对泥蚶红色血液表型进行了基因组、进化和功能整合分析。研究发现，与非红血软体动物类群相比，蚶科贝类基因组具有独特的六个血红蛋白Hb家族成员，其中HbI、HbIIA、HbIIB和HbIII基因在血淋巴中的表达量显著升高，为血红表型的潜在主效决定基因。蚶类独有的血红蛋白Hb与软体动物共有的肌红蛋白（Mb）的系统****最近，提示其可能由Mb基因演化而来。深入分析发现，蚶类HbIII_Like与Mb2在氨基酸序列和表达模式上最相似，揭示了由Mb演化为Hb的祖先过渡基因状态。

通过系统进化和基因组线性分析，一个惊人的发现是泥蚶血红蛋白与人等脊椎动物血红蛋白同根同源，但又是各自经过漫长进化产生血红蛋白（趋同进化），从而使血液呈现红色。研究还发现，泥蚶具有全套的血红素合成酶编码基因。这些基因的表达模式与脊椎动物相似，在血淋巴**异性上调，表明了蚶类和脊椎动物血红素合成调控机制的趋同演化现象。研究团队通过RNA干扰实验证实了Hb和血红素合成关键酶在维持泥蚶血红表型中的重要作用。

本研究创新发现蚶科贝类Hb和脊椎动物Hb共同起源于单一祖先基因，突破了国际学界关于无脊椎动物血红性状为“独立起源演化”的传统认知。研究结果不仅揭示了软体动物Hb基因簇的起源演化历程，也为理解动物血红性状的宏观起源演化提供了新认知。

泥蚶、毛蚶等蚶科贝类是我国的重要经济贝类，民间也有吃血蚶补血的说法，研究团队发现蚶类血红蛋白富含血红素，含有容易被人体吸收的卟啉铁，同时还发现蚶类血红蛋白有多种生物活性和功能，研究团队在揭示蚶类血红蛋白进化起源问题的基础上，将继续围绕贝类血红蛋白的功能和利用进行深入研究。