栉孔扇贝 Chlamys nobilis 中 Fad 和 Mboat 基因家族对冷胁迫的表达调控：双壳类动物的比较分析

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Expression regulation of Fad and Mboat gene families to cold stress in the noble scallop Chlamys nobilis: A comparative analysis across bivalves

　　

• 已在35种双壳类基因组中鉴定出Fad和Mboat基因家族。
• Fads亚家族在贻贝目和帘蛤总科类群中表现出显著的拷贝数扩增。
• 在华贵栉孔扇贝中，Fad和Mboat家族基因均表现出组织特异性表达模式。
• 这两个基因家族对急性与慢性低温胁迫表现出差异性的响应策略。
• CnScd1、CnDegs1、CnLpcat1/2/3和CnSoat1被鉴定为对低温胁迫持续响应的一致候选标记基因。

引言

随着全球气候变暖加剧，极端天气事件的频率和强度显著增加。其中，寒潮导致的近海表层水温急剧下降，已对海岸带海洋生态系统和养殖业造成了严重影响（Wei等，2022）。低温胁迫会导致细胞膜磷脂双分子层流动性急剧下降，从而损害膜蛋白的正常功能。此外，低温还会抑制酶活性并诱导活性氧过量积累，导致氧化损伤（Shajar等，2025；Milovskaya等，2026）。为应对低温胁迫，细胞可通过调节脂滴（LDs）的数量、大小和组成来维持膜脂质流动性并确保膜蛋白功能，从而增强抗寒能力（Bouchnak等，2023；Shomo等，2024）。

脂滴是储存中性脂质（主要为三酰甘油和固醇酯）的动态细胞器，在维持细胞能量稳态、膜脂质重塑和胁迫适应中发挥核心作用（Liang等，2025）。其结构由疏水性中性脂质核心和包裹在外周的磷脂单层组成，其中嵌有调控脂滴生物发生、稳定性和分解代谢的多种蛋白，包括Perilipin家族结构蛋白、脂质合成酶和脂肪酶（Guzha等，2023；Hanano等，2026）。在功能上，脂滴通过隔离过氧化脂质和减轻内质网应激来增强细胞存活（Pressly等，2022；Hanano和Yousfan，2026）。先前的研究表明，在低温胁迫下，脂滴可提供多不饱和脂肪酸（PUFAs）用于Lands循环重塑膜磷脂，从而增加膜流动性并维持细胞膜的"液晶态"——这一过程被称为同黏性适应（Sérès等，2025）。脂滴生物发生是一个高度协调的多步骤过程，始于中性脂质在内质网中的合成和积累，随后经历成核、出芽和生长/成熟，形成具有完整功能的脂滴（Klemm和Carvalho，2024；Weiskirchen等，2026）。在此过程中，脂肪酸去饱和酶（Fads）和膜结合O-酰基转移酶（Mboats）这两大基因超家族发挥关键作用。

Fad超家族成员在脂肪酸链的特定位置引入双键，增加其不饱和度，这对于维持低温胁迫下的细胞膜流动性至关重要（Cerone和Smith，2022；Monroig等，2022）。在动物中，前端去饱和酶包括Δ5（Fads1）、Δ6（Fads2）、Δ8和Δ4去饱和酶，主要参与长链多不饱和脂肪酸（LC-PUFAs）的生物合成。通过交替的去饱和和延伸反应，它们将膳食C18前体（亚油酸和α-亚麻酸）转化为具有重要生理意义的LC-PUFAs，如花生四烯酸（ARA）、二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）（Rivera-Pérez等，2020）。此外，Fad家族还包括参与单不饱和脂肪酸合成的硬脂酰-CoA去饱和酶（Scd）和二氢神经酰胺去饱和酶（Degs）（Zhang等，2023）。Mboat超家族由催化酰基转移反应的整合膜蛋白组成。其成员共享一个保守的核心折叠结构，由八个倾斜跨膜螺旋和两个再入环围绕中央跨膜通道排列组成（Ma等，2018）。根据催化功能和底物特异性，该家族可分为三大类：小分子Mboats（Dgat、Acat/Soat、Lpcat和Mboat7），以脂质或固醇为酰基受体；蛋白Mboats（Hhat、Porcn和Goat），以蛋白为酰基受体；以及细菌特异性Mboats（DltB），以细胞表面聚合物为底物（Masumoto和Lanyon-Hogg，2015）。其亚家族广泛参与各种生理过程：Dgat催化三酰甘油合成的最后一步，是脂滴形成的关键限速酶；Lpcat催化Lands循环中磷脂酰胆碱的酰基重塑；Mboat7/Lpiat1作为溶血磷脂酰肌醇酰基转移酶，特异性催化花生四烯酸掺入磷脂酰肌醇中，与Lpcat共同决定膜磷脂的脂肪酸组成和生物物理性质；Soat催化胆固醇酯合成；Hhat和Porcn分别介导Hedgehog和Wnt蛋白的脂质化（Chandrasekaran和Weiskirchen，2024）。

双壳类是全球最重要的海洋资源之一，为沿海养殖业带来了显著的经济效益。然而，由于其滤食性和底栖生活习性，迁移能力有限，其生存直接受环境温度波动的制约（Tan等，2020a；Tan等，2020b）。因此，研究Fad和Mboat基因响应低温胁迫的分子机制，对于保障养殖业的可持续发展具有重要的理论和实际意义。现有研究主要集中于Fad基因的鉴定和功能分析。例如，已在缢蛏、角牡蛎和褶牡蛎中鉴定出多种Fad基因，揭示了其潜在的LC-PUFA合成能力（Ran等，2019；Li等，2024）。值得注意的是，近期对冷泉化能合成共生双壳类的研究表明，其Fad家族在末端LC-PUFA生物合成和细菌脂肪酸利用以耐受胁迫方面表现出双重功能，推进了我们对Fad基因在极端环境中适应性进化的认知（Liu等，2026）。然而，Mboat基因在双壳类低温胁迫中的角色仍鲜有报道，两个家族协同调控脂质稳态以适应低温胁迫的完整机制尚不清楚。

华贵栉孔扇贝是中国南海沿岸特有的养殖物种，具有重要的经济价值（Tan等，2020a；Tan等，2020b）。然而，其固着底栖习性使其易受有机污染物和温度等环境胁迫因素影响，对养殖生产构成重大挑战。因此，本研究旨在通过全基因组鉴定和系统发育分析，系统阐述双壳类中Fad和Mboat基因的组成及进化关系。此外，通过整合华贵栉孔扇贝在急性和慢性低温胁迫下Fad和Mboat基因的表达模式，我们试图揭示这些基因在环境适应中的调控作用。结果不仅丰富了海洋双壳类脂质代谢调控的基础理论，也为海洋贝类冷适应的分子机制提供了新的见解，并为抗寒品种的分子标记辅助育种提供了潜在的靶标。

分段摘要

双壳类中Fad和Mboat基因的鉴定与表征

为鉴定双壳类中Fad和Mboat基因家族的成员，采用了结合BLAST同源搜索和隐马尔可夫模型（HMM）特征分析的联合策略。首先，从软体动物数据库中检索了35种双壳类的基因组序列及对应的注释文件（Liu等，2021）。同时，获取了6个模式物种（智人、斑马鱼、鸡、小鼠、黑腹果蝇、）Fad和Mboat基因家族成员的氨基酸序列。

Fad和Mboat基因家族的鉴定与系统发育分析

为探究双壳纲中Fad和Mboat基因家族的组成和进化特征，我们对35种双壳类的基因组进行了全面的搜索和鉴定。物种系统发育树和基因拷贝数分布见图1。结果显示，Fad基因拷贝数在双壳类物种间差异显著，范围为3至11个。其中，Degs亚家族在大多数双壳类中维持相对稳定的拷贝数（1–3），而

讨论

在本研究中，我们系统鉴定了双壳纲中Fad和Mboat基因家族的成员，并重点研究了这两个家族在华贵栉孔扇贝中的进化特征、组织表达谱和低温胁迫响应模式。结果表明，双壳类中Fad基因拷贝数变化幅度较大，与软体动物Fad基因家族的谱系特异性重排特征一致（Surm等，2015）。其中，Fads亚家族表现出明显的

结论

本研究对35种双壳类中的Fad和Mboat基因家族进行了系统表征，揭示了亚家族特异性的扩增现象，特别是贻贝目和帘蛤总科中Fads的扩增、牡蛎目中Scd的扩增、以及海扇蛤目、栉孔扇贝目和心蛤目中Lpcat的扩增，反映了适应底栖生活方式的进化过程。在华贵栉孔扇贝中，组织特异性表达谱显示关键去饱和酶和酰基转移酶基因在鳃、肾脏和性腺中显著富集，表明这些

作者贡献声明

苏海龙：论文初稿撰写、软件、方法论、调查研究、形式分析、数据整理、概念化。张涛：调查研究、数据整理。刘世通：调查研究、数据整理。赵乃谦：数据整理。林晴：形式分析、数据整理。廖卫民：形式分析、数据整理。张宏宽：论文审稿与编辑、指导、概念化。郑怀平：论文审稿与编辑、指导、资源、项目管理。

伦理审批与动物使用

根据适用于本研究的规定，涉及非头足类双壳类软体动物的实验无需正式的动物伦理委员会审查。所有采样程序均采取了适当的护理措施以最大程度减少应激。

参与同意

不适用。

出版同意

不适用。

资助

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科技项目（2024MRI00101）和中国现代农业产业技术体系建设资金（CARS-49）的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文所报告的工作。

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科技项目（2024MRI00101）和中国现代农业产业技术体系建设资金（CARS-49）的资助。

苏海龙 | 张涛 | 刘世通 | 赵乃谦 | 林晴 | 廖卫民 | 张宏宽 | 郑怀平