对西伯利亚永久冻土层46000年前蛔虫的基因组分析揭示了新物种

一些生物体，例如缓步动物、轮虫和线虫，可以通过进入称为“隐生”的休眠状态来在恶劣的条件下生存。2018年，RAS土壤科学物理化学和生物问题研究所的研究人员在西伯利亚永久冻土中发现了两种蛔虫(线虫)物种。放射性碳测年表明，自更新世晚期(约46,000 年前)以来，线虫个体一直处于隐生状态。来自德累斯顿马克斯普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所 (MPI-CBG)、德累斯顿系统生物学中心 (CSBD) 和科隆大学动物研究所的研究人员使用基因组测序，组装和系统发育分析，发现永久冻土线虫属于以前未描述过的物种，科雷曼巴纳格罗莱穆斯 (Panagrolaimus kolymaensis)。他们表明，Panagrolaimus kolymaensis 在实验室条件下在干燥和冷冻中生存的生化机制与重要的生物模型秀丽隐杆线虫的生命周期阶段相似。

当 RAS 土壤科学物理化学和生物问题研究所的阿纳斯塔西娅·沙蒂洛维奇 (Anastasia Shatilovich) 从西伯利亚永久冻土淤泥沉积物的化石洞穴中复活了两条冰冻的线虫个体时，她和她的同事们兴奋不已。在实验室解冻蠕虫后，对洞穴中的植物材料进行的放射性碳分析显示，这些位于地表以下 40 米的冰冻沉积物自更新世晚期(45,839 至 47,769 年前)以来就没有解冻过。与此同时，MPI-CBG 的 Teymuras Kurzchalia 研究小组(Teymuras Kurzchalia 现已退休)已经在解决线虫幼虫阶段如何在极端条件下生存的问题。当研究小组听说永久冻土线虫时，

当时 Teymuras Kurzchalia 研究小组的博士生 Vamshidhar Gade 开始研究永久冻土线虫。“这些隐生生物使用什么分子和代谢途径以及它们能够暂停生命多长时间尚不完全清楚，”他说。Vamshidhar 现在在瑞士苏黎世联邦理工学院工作。

德累斯顿的研究人员与 MPI-CBG、德累斯顿概念基因组中心的荣誉主任兼研究组组长尤金·迈尔斯 (Eugene Myers) 以及迈克尔·希勒 (Michael Hiller) 研究组合作，对一种永久冻土线虫进行了高质量的基因组组装。当时是 MPI-CBG 的研究组组长，现在是 LOEWE-TBG 和森肯伯格自然研究学会的比较基因组学教授。尽管有DNA条形码序列和显微图片，但很难确定永久冻土蠕虫是否是一个新物种。Philipp Schiffer，动物研究所研究组组长、科隆大学科隆生物多样性基因组学中心 (BioC2) 联合负责人、生物多样性基因组学研究专家，与德累斯顿研究人员联手确定该物种并与他的团队分析其基因组。通过系统发育分析，他和他的团队将蛔虫定义为一个新物种，团队决定将其命名为“Panagrolaimus kolymaensis”。为了表彰其起源于科雷马河地区，该线虫被命名为拉丁文名称 Kolymaensis。

通过比较 Panagrolaimus kolymaensis 和模型线虫秀丽隐杆线虫的基因组，科隆的研究人员确定了这两个物种共有的且参与隐生的基因。令他们惊讶的是，秀丽隐杆线虫(即 Dauer 幼虫)进入隐生状态所需的大部分基因也存在于 Panagrolaimus kolymaensis 中。研究小组接下来评估了Panagrolaimus kolymaensis的生存能力，发现冷冻前的轻度脱水有助于蠕虫为隐生做好准备，并提高在-80摄氏度下的存活率。在生化水平上，这两个物种在实验室轻度脱水时都会产生一种称为海藻糖的糖，这可能使它们能够忍受冷冻和剧烈脱水。

Vamshidhar Gade 和 Temo Kurzhchalia 表示，“我们的实验结果还表明，秀丽隐杆线虫在悬浮状态下的存活时间比之前记录的要长。总的来说，我们的研究表明，线虫已经发展出能够在地质时期保存生命的机制。”

Philipp Schiffer 总结道：“我们的发现对于理解进化过程至关重要，因为世代时间可以从几天到几千年不等，而且一个物种个体的长期生存可能导致原本已经灭绝的谱系重新出现。” ，监督这项研究的作者之一。尤金·迈尔斯补充道：“P. kolymaensis 高度连续的基因组将使这一特征与其他 Panagrolaimus 物种的特征进行比较成为可能，Schiffer 的团队和同事目前正在对这些物种的基因组进行测序。” 菲利普·希弗坚信，“通过分析物种基因组来研究物种对这种极端环境的适应，将使我们能够在面对全球变暖时制定更好的保护策略”。泰穆拉斯·库兹查利亚 说：