《Aquaculture》：Expression regulation of
ABC transporters to environmental chemical stress in the noble scallop
Chlamys nobilis: A comparative analysis across bivalves
编辑推荐：
摘要海洋环境污染日益加剧，有机污染物的增加对贝类养殖的可持续性构成了重大威胁。ATP结合盒式（ABC）转运蛋白家族是多异生物抗性（MXR）系统的核心组成部分。尽管该家族在贝类生态毒理学中已有广泛研究，但关于其进化适应和功能多样性的诸多科学问题仍有待阐明。本研究对43种贝类进行
摘要
海洋环境污染日益加剧，有机污染物的增加对贝类养殖的可持续性构成了重大威胁。ATP结合盒式（ABC）转运蛋白家族是多异生物抗性（MXR）系统的核心组成部分。尽管该家族在贝类生态毒理学中已有广泛研究，但关于其进化适应和功能多样性的诸多科学问题仍有待阐明。本研究对43种贝类进行了全基因组范围的ABC转运蛋白鉴定，共鉴定出每种物种45至76个成员，将其归入八个亚家族（A–H）。系统发育分析揭示了ABCC亚家族在珍珠贝目（Pectinida）和牡蛎目（Ostreida）中显著扩展，表明这种扩展与它们的固着性滤食生活方式相关的适应性进化有关。本研究聚焦于栉孔扇贝（Chlamys nobilis），共鉴定出69个CnABC基因，这些基因表现出明显的组织特异性表达模式，其中27个基因在肾脏中高度富集，凸显了肾脏作为解毒枢纽的作用。为探究其对环境污染物的响应，将栉孔扇贝暴露于三种有机污染物中：阿特拉津、啶虫脒和磷酸三苯酯（TPP）。转录组分析揭示了污染物特异性响应模式，其中TPP引发的响应最为强烈（45个差异表达基因），同时鉴定出18个核心响应基因，这些基因被所有三种污染物共同且显著地调控。值得注意的是，qRT-PCR验证了CnABCA2、CnABCC13、CnABCC22和CnABCG12在多种胁迫下持续且显著地上调。这些结果表明，特定的ABC转运蛋白是扇贝解毒网络的关键组成部分，并提示其可作为监测养殖环境中有机污染的候选分子生物标志物。本研究为贝类环境适应的分子机制提供了新的见解，并为培育抗逆品种及开发贝类养殖的可持续风险评估策略奠定了理论基础。
引言
随着近海工业、农业和国内污水排放的不断增加，海洋环境污染日益严重。特别是重金属、有机污染物以及由有害藻华产生的藻类毒素，对海洋生物的生存构成了持续威胁（Kim等，2025）。其中，三嗪类除草剂阿特拉津、新烟碱类杀虫剂啶虫脒和有机磷类阻燃剂磷酸三苯酯（TPP）是鱼类养殖水域中经常检出的代表性有机污染物（Rodrigues等，2018；Castro等，2020）。研究表明，这些污染物对贝类等滤食性生物产生多种毒性效应，包括氧化损伤、内分泌干扰和神经毒性，可导致存活率降低、生长迟缓和繁殖力下降，从而对扇贝养殖的产量和经济可持续性构成严重威胁（Nogarol等，2016；Job等，2025）。为应对此类环境胁迫，大多数水生无脊椎动物已进化出多异生物抗性（MXR）系统，这一现象类似于哺乳动物中观察到的多药耐药（MDR）机制（Zhang，2007）。MXR机制主要由ATP结合盒式（ABC）转运蛋白介导，这些蛋白充当"分子泵"，将各种内源性和外源性有害物质（包括重金属、毒素及其代谢产物）主动运输出细胞（Ferreira等，2014；Jeong等，2017）。
ABC转运蛋白是广泛存在于几乎所有生物体中的一类超家族跨膜蛋白（Banasiak和Jasiński，2022）。其典型结构由两个功能单元组成：核苷酸结合结构域（NBDs）和跨膜结构域（TMDs）（Harris等，2021）。NBDs位于细胞质侧，促进ATP的结合和水解，为底物运输提供能量；而TMDs嵌入膜中，识别底物并形成跨膜通道（Thomas和Tampé，2020）。这两个结构域之间的协同作用构成了跨膜运输的结构基础。根据结构域组成，ABC转运蛋白可分为三种主要类型：全转运蛋白（包含两个TMDs和两个NBDs）、半转运蛋白（包含一个TMD和一个NBD，通常需要同源或异源二聚化才能发挥作用）以及仅含单个结构域的非典型成员，后者参与非运输过程（Banasiak和Jasiński，2022；Chen等，2025）。通常，基于其NBDs的序列相似性，ABC转运蛋白被归为八大亚家族（A-H）（Dermauw和Van Leeuwen，2014）。各亚家族成员在组织分布、底物特异性和生物学功能上存在显著差异，广泛参与营养吸收、发育以及对环境胁迫的响应等关键生理过程（Do等，2018；Lane等，2016）。其核心功能机制涉及ATP结合和水解驱动蛋白构象变化，从而实现对包括碳水化合物、脂质、肽类、代谢产物、金属离子及其螯合物在内的多种底物的定向跨膜运输（Baral，2017；Locher，2016）。值得注意的是，ABC转运蛋白的功能远超物质运输范畴；越来越多的证据表明，它们深度参与细胞解毒（如异源物外排）、癌症多药耐药的发育以及信号转导等关键生物学事件（Wang等，2023；Yang等，2023）。某些成员甚至进化为核糖体组装因子或细胞表面受体，直接参与细胞内DNA修复、转录调控和基因表达等非运输过程，凸显了该蛋白家族极高的功能多样性和复杂性（Dean等，2022）。
贝类是全球最重要的海洋资源之一，为沿海养殖提供了巨大的经济效益。与其他水生无脊椎动物一样，海洋贝类在其栖息地中长期暴露于潜在有害的外源性物质和内源性毒性产物之中（Wang等，2021）。因此，了解ABC转运蛋白的分子机制对于阐明贝类如何适应环境胁迫至关重要。先前的研究通过全基因组鉴定和转录组分析探索了ABC转运蛋白在不同贝类物种中的作用。例如，暴露于有毒甲藻梨形三角藻（Prorocentrum lima）会显著上调翡翠贻贝（Perna viridis）鳃组织中PvABCB和PvABCC基因的表达（Lv等，2023）。其他研究还发现，暴露于卵巢酸的海湾扇贝（Argopecten irradians）中ABCB10、ABCC5和ABCC1基因的表达被诱导上调（Chi等，2018）。然而，目前关于ABC转运蛋白在贝类适应有机污染中作用的知识仍然不足。
栉孔扇贝（Chlamys nobilis）是中国南海沿岸的本土养殖物种，具有显著的经济价值（Tan等，2020a）。然而，其固着的底栖生活方式使其暴露于有机污染物和重金属等环境胁迫因素中，给养殖产量带来了巨大挑战。因此，本研究旨在通过全基因组鉴定和系统发育分析，系统表征贝类中ABC转运蛋白的组成和进化关系。此外，通过整合栉孔扇贝ABC基因在多种有机污染物胁迫下的表达模式，我们试图揭示其在环境适应中的调控作用。研究结果为ABC转运蛋白在能量代谢和环境胁迫响应中的机制提供了新的见解，为推动可持续养殖发展奠定了科学基础。
章节摘要
贝类ABC基因的鉴定与表征
为鉴定贝类中ABC转运蛋白基因家族的成员，采用了一种结合BLAST同源搜索和隐马尔可夫模型（HMM）谱分析的综合策略。首先，从软体动物数据库中检索了43种贝类物种的基因组序列及相应的注释文件（Liu等，2021）。同时，检索了六个模式物种（智人（Homo sapiens）、斑马鱼（Danio rerio）、鸡（Gallus gallus）、小鼠（Mus musculus）、果蝇（Drosophila melanogaster）和
ABC基因家族的鉴定与系统发育分析
为探究贝类中ABC基因家族的进化特征，对43种贝类物种的基因组进行了系统搜索。结果显示，不同物种中ABC家族成员的数量在45至76个之间，不同分类群内各亚家族的基因数量也存在差异（图1）。ABCC亚家族最为丰富，成员数量在7至29个之间，在珍珠贝目（Pectinida）和中呈现出明显的扩展趋势。
讨论
本研究系统鉴定并表征了贝类中的ABC基因家族，重点关注了栉孔扇贝（C. nobilis）中的进化特征、组织分布和污染物诱导的表达模式。结果揭示了贝类ABC基因家族中显著的亚家族特异性扩展，最突出的是在珍珠贝目（Pectinida）和牡蛎目（Ostreida）中的ABCC亚家族。这一扩展与先前的报告一致，强调了ABCC亚家族在异生物抗性中的作用。
结论
本研究对43种贝类物种的系统表征揭示了亚家族特异性扩展，尤其是ABCC亚家族，反映了珍珠贝目（Pectinida）和牡蛎目（Ostreida）固着性滤食生活方式的进化适应。在栉孔扇贝（C. nobilis）中，组织特异性表达模式凸显了肾脏作为主要解毒枢纽和鳃作为关键分子屏障的作用。暴露于有机污染物（阿特拉津、啶虫脒和TPP）引发了污染物特异性响应；
CRediT作者贡献声明
苏海龙：论文撰写–初稿、软件、方法学、调查研究、形式分析、数据整理、概念构思。阎北宇：形式分析、数据整理。赵乃迁：数据整理。刘世通：数据整理。胡海鑫：数据整理。廖为民：调查研究。许天仪：调查研究。何琪琪：形式分析。张宏宽：论文撰写–审稿与编辑、监督、概念构思。郑华平：论文撰写–审稿与编辑、监督、资源、项目
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的 competing 经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究获得国家重点研发计划（2024YFD2401802，2024YFD2401805）、广东省现代海洋牧场产业创新技术项目（2024MRI00101）和中国现代农业科技创新体系（CARS-49）的资金支持。
苏海龙|阎北宇|赵乃迁|刘世通|胡海鑫|廖为民|许天仪|何琪琪|张宏宽|郑华平
汕头大学广东省海洋生物技术重点实验室，汕头 515063，中国
