中华绒螯蟹碳酸酐酶基因家族全基因组鉴定揭示其碳酸盐碱度适应机制

本研究针对中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)碳酸酐酶(CA)基因家族功能未系统解析的问题，通过全基因组鉴定发现15个CA基因分布于12条染色体，其中EsiCA7在酸碱调控中起主导作用。结合系统发育分析和亚细胞定位实验，揭示了CA基因家族在甲壳类碱耐受机制中的分子靶点，为水生生物环境适应性研究提供理论依据。

　　

水生甲壳类动物面临水体碳酸盐碱度波动的生存挑战，而碳酸酐酶(Carbonic anhydrase, CA)作为关键的锌金属酶，在酸碱平衡调控中扮演核心角色。尽管CA基因家族在哺乳动物和鱼类中已有深入研究，但关于中华绒螯蟹这一具有重要经济价值的物种，其CA基因的进化特征与功能分化仍属空白。这种认知缺口直接限制了对其环境适应机制的解析，特别是在养殖水体碱度骤变条件下的生理响应策略。

中国某研究机构团队在《Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology 》发表的研究，首次完成了中华绒螯蟹CA基因家族的系统性挖掘。研究人员采用全基因组扫描结合RNA-seq转录组分析，通过比较基因组学构建甲壳类CA系统发育树，并运用亚细胞定位技术验证关键基因功能。实验样本来自长江流域野生群体，确保遗传背景代表性。

基因组特征分析
在中华绒螯蟹基因组中鉴定出15个CA基因，物理定位显示其分布于12条染色体，其中chr43存在串联重复事件。基因结构分析揭示α-CA亚家族成员均保留高度保守的锌离子结合位点His₉₄
-His₉₆
-His₁₁₉
。

进化与复制机制
通过构建中华绒螯蟹、克氏原螯虾(Procambarus clarkii)和三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)的39个CA基因系统发育树，发现这些基因聚类为4个进化枝和11个亚枝。基因复制事件分析表明，甲壳动物CA基因家族扩张主要源于全基因组复制(WGD)而非串联复制。

功能分化特征
转录组数据显示EsiCA7在鳃组织中表达量显著高于其他成员(p<0.01)，暗示其在酸碱调控中的主导作用。亚细胞定位实验证实EsiCA1定位于线粒体基质，而EsiCA7具有胞质-核穿梭特性，与生物信息学预测的NLS核定位信号一致。

该研究不仅绘制了甲壳类CA基因家族的进化图谱，更发现EsiCA7可能通过调控HCO₃
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跨膜转运参与碱耐受过程。这些发现为解释中华绒螯蟹对养殖水体碱度波动的适应能力提供了分子层面的证据，同时为选育耐高碱品系提供了EsiCA7等候选靶标基因。在气候变化导致水体碳酸盐体系改变的背景下，该成果对水产养殖业的可持续发展具有重要指导价值。