僧帽水母（Physalia utriculus，又称葡萄牙战舰水母）栖息于环境复杂的海气界面，其特化浮囊呈僧帽状，囊内一氧化碳含量最高可达13%，依靠浮囊实现随风浪漂浮扩散；捕食触手最长可延伸至30米，具有强烈毒性。与多数水母不同，僧帽水母为水螅虫群体，生活史中完全丢失了可自主游动的水母体阶段（图1）。上述独特表型使其成为研究海洋动物运动退化、海面特殊生境适应演化的理想模式生物；但长期以来，这类性状形成的遗传调控机制尚不明确。

近日，中国科学院烟台海岸带研究所海岸带环境生态研究组（董志军研究团队）联合中国科学院南海海洋研究所林强研究团队，在僧帽水母海气界面漂浮生存策略研究方面取得新进展。研究整合比较基因组学、单细胞转录组学、蛋白组学、代谢组学与基因功能验证实验，系统解析了僧帽水母适应海气界面生存策略的分子演化机制。相关研究成果以“The Portuguese man-of-war genome reveals the genetic basis of medusa loss and sea-air interface adaptation”为题，在线发表于《国家科学评论》（National Science Review）。

图1 僧帽水母生活史、演化与基因组特征

研究团队完成了僧帽水母及其近缘物种银币水母（Porpita porpita）的高质量染色体水平基因组组装。结合跨物种单细胞比较分析与RNA干扰实验，研究验证Hox1基因是调控水母体自主游动发育的核心因子；僧帽水母基因组中Hox1基因完全丢失，同时神经、肌肉相关基因家族普遍收缩或下调，从遗传层面解释了其水母体发育丢失、演化形成被动漂浮生存模式的分子成因。

针对浮囊充气机制，单细胞转录组测序显示：浮囊气腺内存在三类分工明确的特化细胞，协同完成一氧化碳合成。催化该过程的关键酶—血红素加氧酶编码基因，并非源自刺胞动物，提示该基因可能通过细菌水平基因转移获得，赋予僧帽水母自主制造浮力气囊的能力。

在毒素系统演化方面，多组学联合分析在僧帽水母触手中鉴定出多种溶血性、神经毒性代谢物与功能毒素蛋白；其中CtrA糜蛋白酶家族显著扩张，其蛋白融合多种典型动物毒素结构域，并在触手特定细胞簇中呈现细胞特异性高表达。多类毒性物质协同作用，显著增强了僧帽水母在开阔海域中的捕食效率与防御能力。

图2 多组学解析僧帽水母海气界面关键适应性特征的遗传基础

综上，该研究系统解析了僧帽水母水母体丢失、浮囊自主充气、强毒触手形成的遗传基础，揭示了其海气界面生存策略的适应性演化机制。研究成果为阐释海洋动物表型创新与特殊表层生境适应演化提供了理论依据与分析范例，也为海洋生物天然活性资源挖掘奠定了科学基础。

烟台海岸带所王方晗、李勇学、黄小云、王雷与南海海洋所刘雅莉研究员为论文共同第一作者，烟台海岸带所董志军研究员和南海海洋所林强研究员为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家科技基础资源调查专项等项目联合资助。

论文信息：

Fanghan Wang, Yongxue Li,Yali Liu,Xiaoyun Huang,Lei Wang,Zhangyi Yu,Jiajie She,Xiaoran Ma,Qishui Qin,Wenhui Wang,Saijun Peng, Tingting Sun, Jianmin Zhao, Qiang Lin,Zhijun Dong, 2026. The Portuguese man-of-war genome reveals the genetic basis of medusa loss and sea-air interface adaptation. National Science Review 13: nwag374. https://doi.org/10.1093/nsr/nwag374.