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为探究甲壳动物海陆过渡中盐度适应机制，研究人员以钩虾为模型，通过多物种基因组和多组织转录组分析，发现鳃是离子运输主要器官，V 型 H+-ATP 酶与陆地适应相关，无机离子转运基因在海洋环境中上调，为盐度监测提供生物标志物。
生命的演化历程中，从海洋到陆地的跨越堪称最具戏剧性的篇章之一。对于甲壳动物而言，这场迁徙面临的最大挑战之一便是盐度变化带来的渗透胁迫 —— 如何在截然不同的离子环境中维持体内稳态？长期以来，学界对其适应机制知之甚少，尤其是关键器官的功能和遗传调控网络尚未明晰。中国科学院动物研究所的研究团队以钩虾（talitrid crustaceans）这一独特的 “海陆过渡活模型” 为对象，展开了一场跨越基因组、转录组与生理实验的深度探索，相关成果发表在《Marine Life Science & Technology》。
研究团队采用了多维度的技术策略：首先整合了 7 个钩虾物种的基因组数据，构建系统发育框架并追溯演化时间；通过比较基因组学，识别出基因家族扩张和正选择信号；随后对海陆成对物种（M. aosen 和 P. pacifica）的 5 种组织（鳃、复眼、神经、触角、步足）进行转录组测序，结合组织特异性表达分析和加权基因共表达网络分析（WGCNA），锁定关键功能模块；最后通过盐度梯度胁迫实验，验证基因表达与环境适应的关联性。
基因家族进化与适应性选择
通过基因组重构和注释，研究发现陆地钩虾中 1772 个（M. aosen）和 146 个（P. hallaensis）物种特异性基因富集于跨膜运输和离子通道相关通路。29 个显著扩张的基因家族中，钠 / 溶质协同转运蛋白家族（sodium/solute symporters）尤为突出，这类蛋白利用钠离子梯度驱动溶质跨膜运输，对盐度波动下的离子平衡至关重要。此外，187 个正选择基因（PSGs）中，跨膜通道蛋白（如 TMC7、ORCT2）和 GTP 酶（RasGAP1/2、Rab3GAP2）被证实参与离子通道调控和信号传导，揭示了陆地适应中遗传层面的快速响应。
鳃的核心作用与组织功能分化
转录组分析显示，鳃的基因表达模式与其他组织显著分离，其特异性表达基因（τ>0.9）富集于 “细胞内 pH 调节”（GO:0051453）、“钠 - 质子反向转运活性”（GO:0015385）等通路，印证了其离子运输核心地位。WGCNA 构建的共表达网络中，与鳃高度相关的品红色模块包含 616 个基因，其中 209 个枢纽基因富集于质子跨膜运输（GO:1902600）和 V 型 H+-ATP 酶复合体（GO:0070072）。该复合体的多个亚基（VATB、VATC 等）在陆地物种鳃中高表达，提示其通过主动泵出质子建立跨膜电位，驱动钠离子内流以适应淡水环境。
海陆物种的差异化调控策略
比较海陆成对物种鳃的差异表达基因（DEGs），发现海洋物种 P. pacifica 中无机离子转运基因（如 NKCC、SLC4A5）上调，通过 Na+/K+/2Cl-协同转运体增强离子排出；而陆地物种 M. aosen 则依赖 V 型 H+-ATP 酶和 Na+/H+交换器（SLC9A2）维持离子摄取。盐度胁迫实验进一步证实，V 型 H+-ATP 酶基因表达随盐度升高而下调，反之无机离子转运基因表达上升，表明钩虾通过动态调整基因表达应对环境变化。
研究结论与科学意义
本研究首次系统揭示了甲壳动物海陆过渡中鳃的渗透调节机制：陆地适应依赖 V 型 H+-ATP 酶介导的质子梯度驱动离子摄取，而海洋环境则通过 NKCC 等转运体实现离子排出，两者共同维持体内渗透压平衡。这一发现不仅为理解生物海陆迁移的分子基础提供了新模型，还提出钩虾鳃的基因表达变化可作为盐度监测的生物标志物，为气候变化下淡水与海洋生态系统的保护提供了科学依据。此外，研究中整合的多组学技术框架，为解析复杂适应性演化问题提供了方法论参考，有望推动其他类群环境适应机制的研究。
