生物世界/王聪
缓步动物（Tardigrade），是一种八足微型生物，通常体长不足1毫米，俗称“水熊虫”，它们因对极端环境的耐受性而闻名，包括超高剂量辐射，是地球上最耐辐射的动物。
目前，科学家们已经描述了大约1500水熊虫，它们可以承受高达3000至5000Gy的伽马射线剂量，这是人类致死剂量的1000倍。之前的研究表明水熊虫具有强大的DNA修复能力，它们还表达一种被称为损伤抑制因子（Dsup）的水熊虫特异性蛋白，当这种蛋白在人类细胞中表达时，可以保护DNA免受辐射损伤。然而，尽管已经有了这些见解，但关于水熊虫如此强大的辐射耐受能力的机制仍有很多未知之处。
2024年10月25日，军事科学院军事医学研究院张令强团队、杨冬团队，联合陕西学前师范学院王立志、华大生命科学研究院范广益等团队，在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：Multi-omics landscape and molecular basis of radiation tolerance in a tardigrade 的研究论文。
该研究报道了一种在河南新发现的水熊虫——河南高生熊虫（Hypsibius henanensis），并建立了其实验室培养体系，绘制了高质量基因组图谱，在国际上首次整合转录组、蛋白质组响应超强辐射的动态变化及分子进化和功能特征分析，进而揭示了河南高生熊虫耐受超强辐射的三类机制，并分别对代表性关键分子进行了深入的功能和机制研究。
2018年，该研究团队从河南省伏牛山采集水熊虫样品，随后率先在国内建立了水熊虫实验室培养体系，实现了规模化培养，后经形态学和分子水平鉴定，确定所培养水熊虫是一种新的高生属水熊虫物种，并将其命名为河南高生熊虫（Hypsibius henanensis）。
多组学数据挖掘策略在揭示水熊虫极端环境耐受机制方面具有巨大潜力。通过整合基因组学、转录组学和蛋白质组学，研究团队破译了河南高生熊虫抗辐射反应的基因组全景图。在差异分析和筛选关键分子后，研究团队使用生化和细胞方法来验证它们的功能作用，并深入研究潜在分子机制。
具体来说，研究团队首先获取了新鉴定的辐射耐受性物种河南高生熊虫的染色体水平高质量基因组图谱，基因组大小为112.6M，注释得到14701个编码蛋白基因，均匀分布于6条染色体。
通过重离子辐射后的转录组和蛋白质组差异分析，研究团队从中鉴定出2801个差异表达基因（DEG）。基于这些差异表达基因的进化和功能分析，研究团队描述了其三类辐射耐受机制：
第一类，水平基因转移（HGT）可能是水熊虫发展超高辐射抗性的重要进化事件。该研究鉴定了DOPA双加氧酶基因DODA1，这是一种从细菌到缓步动物的水平基因转移的产物。DODA1通过催化生物合成一种主要存在于植物、少数真菌和细菌中的色素——甜菜素来抵抗辐射。
第二类，水熊虫特异性的辐射诱导的无序蛋白TRID1通过介导液-液相分离（LLPS）过程，加速了DNA损伤修复。
第三类，非水熊虫特异性基因也有助于其辐射耐受，该研究发现，两个线粒体呼吸链复合体组装蛋白BCS1和NDUFB8显著上调，然后积累以加速NAD+再生，以实现PARylation修饰和随后的PARP1介导的DNA损伤修复。
总的来说，该研究通过多组学（基因组、转录组和蛋白质组）数据挖掘和功能验证，揭示了新发现的水熊虫物种河南高生熊虫辐射耐受的三种机制，这不仅扩展了我们对水熊虫辐射耐受机制的理解，也将拓宽我们对极端条件下细胞生存的理解。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0799
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