揭开中华绒螯蟹 BCO2的神秘面纱：序列、进化与表达的深度解析

为填补中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）中 β - 胡萝卜素 9’,10’ - 加氧酶（BCO2）的研究空白，研究人员对其基因展开研究。结果显示 ESIN_BCO2有独特结构，在进化上有特点，且在雌蟹后肠高表达。该研究为甲壳类 BCO2进化和功能研究提供思路。

　　在奇妙的生物世界里，类胡萝卜素扮演着重要角色。它是一类具有异戊二烯结构的天然碳水化合物，广泛存在于各种生物中。对于多数动物，包括甲壳类动物来说，它们自身无法合成类胡萝卜素，只能从食物中获取。在中华绒螯蟹身上，类胡萝卜素不仅影响着蟹壳的颜色，还在其生长、繁殖、免疫以及应对环境压力等方面发挥着关键作用。比如，它能增强中华绒螯蟹的抗氧化能力，帮助它们在充满氨和缺氧等不良环境的集约化养殖中生存。

然而，类胡萝卜素的代谢过程十分复杂，其中类胡萝卜素裂解加氧酶（CCOs）起着关键的催化作用。在脊椎动物中，β - 胡萝卜素 15,15’ - 单加氧酶（BCO1）和 β - 胡萝卜素 9’,10’ - 加氧酶（BCO₂）是两种主要的 CCOs。BCO₂对类胡萝卜素代谢至关重要，它的缺乏会导致多种动物出现异常表型，像小鼠线粒体类胡萝卜素积累、鸡和爬行动物皮肤变黄、牛羊兔等出现黄色脂肪表型等。

尽管 BCO₂如此重要，但在甲壳类动物中，对它的研究却少之又少。就拿中华绒螯蟹来说，虽然其经济价值高且富含类胡萝卜素，可关于中华绒螯蟹中 BCO₂基因的鉴定、进化历程以及表达模式等方面都还没有得到充分研究。为了填补这些知识空白，来自上海相关单位以及安徽等地的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。他们从国家生物技术信息中心（NCBI）数据库下载了 14 个物种的基因组，这些物种涵盖了 2 种脊椎动物和 12 种甲壳类动物。通过对这些基因组数据的分析，研究人员克隆了中华绒螯蟹的 BCO₂基因，并对其进行了全面研究。

下面来看具体的研究结果：

• ESIN_BCO₂的调查和理化性质：研究发现，BCO₂几乎存在于所有被研究的甲壳类动物中，除了大型溞（Daphnia magna）和蚤状溞（Daphnia pulex）。在脊椎动物中只有 1 个 BCO₂基因，而在颚足纲动物中，BCO₂基因出现了扩张，有 2 - 3 个拷贝。在十足目动物（如中华绒螯蟹）中，每个物种仅有 1 个 BCO₂拷贝。从中华绒螯蟹基因组数据库克隆得到的 BCO₂基因命名为 ESIN_BCO₂，其开放阅读框（ORF）全长 1572bp，编码 523 个氨基酸，并且具有 10 个保守基序和 1 个 RPE65 结构域，属于类胡萝卜素裂解加氧酶（CCO）家族。
• 进化分析：通过系统发育分析，研究人员发现 BCO1 是祖先基因，在进化过程中，BCO₂和 NinaB 从 BCO1 分化而来。值得注意的是，十足目动物中 BCO₂的 Ka/Ks 比值（0.014 - 0.045）明显低于其他甲壳类动物（0.112 - 0.185），这表明十足目动物的 BCO₂在进化过程中受到了更强的纯化选择。
• 表达模式分析：研究发现 ESIN_BCO₂主要在后肠表达，且雌性的表达水平显著高于雄性。原位杂交结果进一步证实，ESIN_BCO₂主要定位在后肠上皮细胞（epi）和基底细胞（bc）的细胞核（N）附近。此外，饲料中添加 β - 胡萝卜素能够显著上调雌性后肠中 BCO₂的表达。

综合研究结论和讨论部分，这项研究首次全面地对中华绒螯蟹中的 BCO₂基因进行了探究。研究结果不仅让我们对中华绒螯蟹 BCO₂的序列特征、进化历史和表达模式有了深入了解，还为其他甲壳类动物中 BCO₂的研究提供了重要参考，有助于揭示不同甲壳类动物类胡萝卜素代谢机制的保守性和差异性，为甲壳类动物的养殖、遗传育种以及相关疾病的研究奠定了理论基础，对推动甲壳类动物生命科学领域的发展具有重要意义。