中大建多足類動物基因庫 揭開蜈蚣與千足蟲在行為上存在差異的奧秘

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香港中文大學（中大）生物學團隊完成九個蜈蚣及千足蟲的基因組測序及比對分析，建立首個大型多足類動物基因庫，當中六個基因組為近日最新成果。研究團隊亦進一步揭示多項遺傳基因變化導致蜈蚣與千足蟲分別演化成掠食及腐食性兩種不同的物種，為節肢類動物的基因演化提供重要見解。研究成果現已刊登在著名學術期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。

蜈蚣及千足蟲屬於多足類（myriapods）節肢動物，myriapods一詞在古希臘有「一萬條腿」的意思。全球至今已發現近一萬六千種多足類，牠們為泥土及森林提供養分，身負維持生態系統平衡及養分循環的重任。然而，相比其他節肢動物物種，多足類一直備受科學界忽略。

中大生命科學學院副教授許浩霖教授自2013年起領導研究團隊從事多足類動物研究。他是全球第一個發布多足類動物基因組（蜈蚣）研究團隊的成員，其後亦帶領中大團隊建構首個千足蟲基因組。

許教授形容：「這些多足類動物基因組分析揭示了蜈蚣及千足蟲是由共同祖先分化而來。牠們其後不斷演化，生活方式出現顯著差異：蜈蚣是掠食性，會利用其毒液殺死獵物；千足蟲則以進食腐木、腐植質維生。我們的工作為揭示兩個物種差異背後的遺傳性原因提供重要基礎。」

基因轉移導致生態特徵的差異

是次研究取得一個有趣的發現，或可解釋蜈蚣和千足蟲的生活方式差異。團隊在分析基因組時發現蜈蚣從祖先遺傳了負責訊息傳遞的基因，這解釋了為何蜈蚣在運動機能及感官功能上較千足蟲優勝，促成了其演變成掠食性動物。

此外研究亦發現，在蜈蚣及千足蟲演化過程中，各自的祖先都曾經出現水平基因轉移（horizontal gene transfer，HGT），即這些動物的部分基因轉移自細菌。部分經轉移的基因能夠一步推論出為何蜈蚣的鉗狀前肢帶有毒性來捕殺獵物，而草食性千足蟲以落葉為主食，擔當著營養循環的角色。

千足蟲荷爾蒙基因缺失造成不同的生理結構

除生態特徵外，團隊又發現一種荷爾蒙基因或促成蜈蚣及千足蟲在演化過程中發展出明顯不同的身體結構。研究發現，現存的蜈蚣體內仍帶有由共同祖先遺傳下來的關鍵生長酵素，這種酵素可產生倍半萜類激素（sesquiterpenoid hormones）來調節動物生長和繁殖；但現代的千足蟲已經完全失去這種酵素。

論文第一作者蘇瑋樂博士說：「是項研究是我們重構動物的基因演化史的第一步，相信我們將來會取得更多的研究成果。」

許教授補充：「未來，我們除了繼續探索更多生物學和基因學背後隱藏的訊息，還需要充分了解這些被人們所忽視的生物物種在土壤及森林生態系統所擔當的角色。我們希望更深入了解這些陸地生物的形態、氣候變化對牠們的影響，以及牠們對維持養分循環的貢獻，最終或許能將相關成果應用在農業上，解決糧食問題。」

研究文章：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30690-0