南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）海洋生物演化与保护生物学研究团队，通过整合基因组、转录组和蛋白质组等多组学数据，研究揭示了玫瑰毒鲉毒液组成的遗传基础，重点阐述了关键毒素蛋白neoVTX在毒素多样性演化中的调控机制。近日，相关成果发表于《BMC基因组学》（BMC Genomics）。

玫瑰毒鲉基因组组装（A）与neovtx毒素基因的串联重复（B）。

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玫瑰毒鲉是自然界中最危险的产毒动物之一，也是研究毒素基因与毒液功能性状演化的模式物种。

该研究中，研究团队构建了高质量的玫瑰毒鲉染色体级基因组，并注释了478个潜在的毒素基因。得益于高质量基因组的构建，团队发现8个SNTX/VTX毒素家族成员以串联重复的形式存在，其中6个基因（neovtx-β1、neovtx-β2、neovtx-α1、neovtx-α2、neovtx-β3和neovtx-α3）具有高度相似性，并且与近缘物种的同源基因（sntxα和sntxβ）在进化树上聚为一支。相比而言，其余2个基因（neovtx-like1和neovtx-like2）的序列相似性较低（<50%），但是具有与neoVTX蛋白相同的功能结构域组成，表明这些基因可能具有共同的进化起源。

毒腺组织主要表达毒素基因（A）和粗毒液主要蛋白组成（B）。

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进一步通过毒腺组织转录组分析，研究团队发现这8个串联重复的neovtx基因在毒腺中表现出完全不同的表达模式。其中6个neoVTX蛋白亚基基因具有较高的表达水平，尤其是neovtx-α2和neovtx-β3基因，而neovtx-like1和neovtx-like2基因的表达可以忽略不计。对从毒腺中分离的粗毒液进行蛋白质组学分析，进一步证实neoVTX蛋白是玫瑰毒鲉毒液中最丰富的毒素蛋白之一，且可能以二聚体或四聚体的形式存在并发挥作用。

此外，研究团队揭示了选择性剪接事件对neoVTX蛋白多样性的贡献。在6个串联重复的neoVTX蛋白亚基基因中发现了多达411个不同的选择性剪接转录本（isoform），其中neovtx-α2和neovtx-β3基因产生的isoform数量最多，推测这些转录本拓展了neoVTX毒素蛋白的结构和功能多样性。进一步的分析发现，这些转录本在不同个体间的表达模式具有显著的差异性，揭示了玫瑰毒鲉毒液组成及调控在个体水平上的多样性。

neoVTX基因的选择性剪切（A）和个体间表达差异分析（B）。本文由研究团队供图

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该研究在国家自然科学基金项目、科技部国家重点研发计划项目等项目的资助下，首次全面解析了玫瑰毒鲉毒液的组成，以neovtx基因为例，揭示了毒素基因在毒液多样性演化中的多层级调控机制。未来，研究团队将进一步探索neoVTX基因的起源与演化、功能作用靶点等，并通过对毒素蛋白修饰进行潜在的药物分子开发应用。

相关论文信息：https://doi.org/10.1186/s12864-024-11149-6