深海热液喷口是地球上最极端的环境之一，这里的理化条件瞬息万变，却孕育着以化能合成共生为基础的生命绿洲。其中，阿尔文螺（Alviniconcha）是这里的明星物种，它们与化能合成细菌共生，是研究极端环境适应的绝佳模型。
2026年2月9日，中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所等机构合作完成的研究成果在Science China Life Sciences上发表。该研究整合多组学分析，系统揭示了阿尔文螺与其共生菌构成的全共生体，在营养获取、代谢互补及氧气利用等方面的关键分子适应机制。
尤为重要的是，研究采用基于华大智造DNBSEQ-Tx测序平台的时空转录组FFPE产品方案，对阿尔文螺鳃组织FFPE（福尔马林固定石蜡包埋）样本进行高分辨率空间转录组分析，首次在空间层面解析了阿尔文螺与其共生菌适应深海热液极端环境的协同策略。
研究对象：深海热液喷口阿尔文螺与其化能合成共生菌组成的全共生体；
核心技术：基因组学、蛋白质组学与时空组学技术（Stereo-seq）等；
样本规模：2个阿尔文螺宿主基因组、1个共生菌基因组，以及鳃、外套膜等8种组织（各组织至少3个生物学重复）的转录组、蛋白质组（3只个体鳃组织）和空间转录组（4份鳃组织）。
关键研究内容
与许多将共生菌完全包裹在细胞内的贝类不同，阿尔文螺的共生模式更为独特。共生菌位于宿主鳃丝细菌细胞表面的管状凹陷内，这些凹陷顶端与外界环境相通。这种结构使得共生菌处于一种介于细胞内和细胞外的“中间状态”。这意味着宿主既能与共生菌紧密互动，又能让共生菌在一定程度上接触外部环境，可能有利于其从环境中水平获取不同的共生菌株，以适应喷口化学条件的动态变化。
基因组揭秘：宿主与共生菌的“分工协作”
研究团队首次获得了两种阿尔文螺的染色体级别基因组。分析发现，宿主体内负责营养物质跨膜转运的溶质载体家族基因显著扩张。这如同增强了宿主与共生菌之间的“物流通道”，促进了双方的物质交换。
图1 Alviniconcha marisindica的基因组特征及其比较共线性分析、基因家族分析与正选择基因
更有趣的是，阿尔文螺自身完全缺失甲硫氨酸的完整合成途径。甲硫氨酸是必需氨基酸，这意味着宿主很可能依赖共生菌来提供这种关键营养。共生菌基因组分析证实了其合成甲硫氨酸的能力。这种代谢上的“互补与依赖”，凸显了共生关系的紧密性。
图2 Alviniconcha marisindica鳃中的共生菌及其共生菌的核心代谢途径
纠正一个百年误解：储氧的是肌红蛋白，不是血红蛋白
在氧气利用机制方面，该研究通过多组学、系统发育分析和蛋白质三维结构预测，发现阿尔文螺的鳃部实际高表达肌红蛋白来运输氧气，而非之前认为的血红蛋白。在深海热液喷口，氧气与硫化氢的分布呈动态此消彼长。与血红蛋白相比，肌红蛋白具有更高的氧结合亲和力，能更有效地储存氧气，从而揭示了阿尔文螺在极端低氧环境中的独特适应策略。
图3 在阿尔文螺中鉴定出肌红蛋白
Stereo-seq技术：精准绘制鳃部“功能地图”
本研究利用时空组学技术Stereo-seq的高分辨率优势，首次清晰地揭示了阿尔文螺鳃丝的功能分区。
该技术以前所未有的空间分辨率，揭示了阿尔文螺鳃丝上不同功能区域的基因表达特征。为进一步解析宿主—共生体互作的细胞空间基础，研究通过UMAP分析方法识别出四个功能分区：支撑轴区、纤毛区、分泌区与含菌细胞区，其中共生菌特异定位于含菌细胞区内。
这些转录簇的分布与鳃的解剖结构高度一致，表明鳃组织具有明确的功能分区，并在营养获取和氧气调控中协同发挥作用。
该工作系统阐明了阿尔文螺在深海热液极端环境下实现高效共生的分子与细胞机制，为理解化能合成共生在海洋生态系统中的演化与适应提供了新的科学基础。
图4 Alviniconcha marisindica鳃组织的空间转录组学分析
本研究通过应用高分辨率的时空组学技术Stereo-seq，首次在深海热液螺鳃丝组织中实现了基因表达的空间精准定位，揭示了鳃丝不同功能区域（如细菌细胞区、纤毛区、分泌区）的分子分工与互作网络。
该技术不仅验证了共生菌的特定区域分布，还发现了此前未被报道的分泌区及其在氧气储存与运输中的关键作用，从而突破了传统组学技术空间信息缺失的局限。
Stereo-seq技术通过“原位捕获+空间坐标映射”的策略，将转录组数据与组织形态结构直接关联，为解析宿主-共生体互作的时空动态提供了不可替代的证据，显著提升了研究的创新性与说服力。
这项研究表明，空间组学技术能够极大拓展极端环境生物适应性研究的深度与维度，尤其在阐释复杂共生系统的结构与功能协同方面具有独特优势，为未来深海生态与进化生物学研究提供了重要的方法学范式。
