原文作者：Jong Bhak, Seungshic Yum & Hak-Min Kim
水母的結構看似簡單，但它卻可以幫助我們了解複雜的動物生命是如何在數億年內完成進化的。在接下來的分享中，在BMC Biology 上發表相關論文的研究者向我們介紹了他們在巨型越前水母（Nomura's jellyfish）的基因組中的發現。
水母屬於刺胞動物門（Cnidaria），這個門內還包括珊瑚、水螅、海葵等。刺胞動物是最早分支的後生動物譜系之一。該群體在大約5億年前經歷了顯著的多樣性變化，刺胞動物作為兩側對稱類動物（包括99%的現存動物以及人類）的姊妹，研究它們可以揭示複雜動物生命進化過程中的重大事件。
雖然兩側對稱類動物在陸地和海洋上成功存活了下來，但刺胞動物仍舊在水中生存。在刺胞動物門類中，水母可以說是最活躍的：它們使用最少的能量進行遊動和捕食，這使得它們儼然成為了地球上最有效的「噴射推進器」。相對於其他刺胞類動物，水母獨特的生活方式反映了數百萬年來它們對不同基因和突變的選擇結果。例如，在BMC Biology 中發表的這篇文章中，我們發現水母存在很好的肌肉和神經元信號傳導相關的基因。在垂直或水平方向遊動時，水母已經進化出快速控制滲透壓的能力，來應對不同的水體濃度，
越前水母的系統發育位置及其與其它刺胞動物基因組的關係
了解以及定義水母的最好方法是將水母基因組與其他包含足夠多基因和蛋白質的刺胞動物的基因組進行比較。由於水母和其他刺胞動物（如：水螅和珊瑚）在進化關係上非常遙遠，所以在表型上對它們進行比較十分容易，但卻很難精確地確定水母的基因變異。幸運的是，目前已有大量的關於刺胞動物基因組學的研究被發表出來，並且我們已經檢測出足夠特異的基因、通路和蛋白質結構域來幫助我們從基因角度出發對水母進行重新定義。
為了對水母的基因組進行比較，我們需要找到一些水母作為研究對象。我們很幸運地在韓國溫暖的南部海岸發現了許多漂浮著的巨大水母。這些巨型水母，寬達2米，重則200公斤，它們被稱為越前水母。在日本，它們有時被認為是一種食品，但其實它們十分危險，有時甚至能致人死亡，因而長期被韓國漁民所摒棄。在中國的黃海和南海海域也發現了越前水母的蹤跡，它們已經逐漸擴散到了南太平洋。也許是由於全球變暖和對劍魚和金槍魚的過度捕撈，越前水母現在在韓國海域及日本海水域繁殖迅猛。
我們捕獲了其中一隻並對其基因組和轉錄組進行測序，然後將結果與其他的刺胞動物和兩側對稱類動物的基因組進行比較。第一步是基因組的組裝：將Illumina的短DNA片段測序結果和PacBio的長DNA片段測序結果進行組裝。然後與其他七種珊瑚、海葵和水螅等刺胞動物的基因組進行比較，來鑑定它們的遺傳差異。
目前，已經有七個刺胞類動物的基因組研究被發表了，其中就包括越前水母。水母在形態學上有巨大的差異性，因此我們著重於利用遺傳學水平的差異來對水母的身體機能進行闡述。
越前水母屬於缽水母綱，它的基因組大小為213 Mbp，對於刺胞動物來說大小適中。但與人類的3 Gbp相比，這卻是一個很小的基因組。儘管如此，它與人的基因數量幾乎相同（19,525）。鑑於HOX基因對體形可以產生影響，我們對HOX基因的不同重組形式進行了分析進而對該基因進行研究。在刺胞動物中，水母由於其獨特的頭部和尾部而變得獨一無二。儘管我們在水母的基因組中觀察到了HOX基因獨特的組合方式，但目前還沒有將HOX基因表達和下遊發育途徑與水母的特定形態特徵聯繫起來的研究證據。
從基因組的對比結果來看，我們還發現了水母的基因組似乎已經適應了「細胞的化學穩態」和「鈉離子轉運」功能，這是其他刺胞動物所沒有的。如之前所述，這種行為是有意義的，可以保障它們能夠在水中垂直和水平地遠距離遊動來捕獲獵物。
水母其實並不聰明，而且它們沒有大腦、眼睛或者其他的感受器官，它們只有存在於觸角的很小的感官結構。這些結構被稱為「觸手囊」。水母利用它們的觸手囊和神經系統（神經網）來鑑別光源和氣味。和兩側對稱類動物，如：人類，果蠅和斑馬魚相比，我們發現在水母中，與感覺受體相關的基因家族的數量大大地減少了，這種現象同樣存在於其他刺胞類動物中。
水母利用它們的觸鬚來捕獵。他們也擁有十分強大的防禦機制。為了散布它們那臭名昭著的臭味，水母進化出了特異化的結構：刺絲囊。他們的觸鬚上有數以千計的刺胞動物都有的成千上萬個的刺絲囊，這些刺絲囊在受到刺激時會產生數千微小劑量的毒液。典型的水母毒液包括磷脂酶A2和金屬蛋白酶，並且我們發現這些與毒液相關的蛋白質結構域和基因對那些活躍的捕食者十分有利。
綜上所述，目前至少已經在一個水母體內觀察到了它的身體結構（頭 & 觸鬚）、化學滲透適應能力（溶液滲透壓）和身體協調能力（噴射推進身體前行）保留有進化中遺留下的種種特徵。
BMC Biology
DOI：10.1186/s12915-019-0643-7