甲壳动物具有保护自身的坚硬表皮，而且需要周期性的蜕皮来完成生长发育，蜕皮过程贯穿于整个生命周期。甲壳动物蜕皮的发生受环境因子、内分泌调节和基因表达的影响。蜕皮周期的每个阶段都影响着外骨骼的形成和钙化，外骨骼由几丁质、蛋白质和含钙物质构成，它的物理特性主要由所含表皮蛋白的种类所决定，随着发育阶段和组织部位的不同存在很大的差异性，这种差异性的形成很可能与钙化过程有很大联系。

 张继泉/孙玉英课题组以中华锯齿米虾为研究对象，通过对其基因组和转录组的分析，获得了两个可能参与表皮钙化的钙相关表皮蛋白基因NdCAP-1和NdCAP-2。根据中华锯齿米虾米虾尾扇的显微结构确定了其蜕皮阶段（A-B期、C期、D0-1期和D2-4期）（图1），明确了NdCAP-1和NdCAP-2基因在头胸部表皮、步足、泳足和尾扇的时空表达模式，NdCAP-1基因只在D2-4期表达，NdCAP-2基因在D2-4期和A-B期都有表达，且两个基因在头胸甲和步足的表达比在泳足和尾扇显著（图2）。用双链RNA干扰方法，揭示了NdCAP-1和NdCAP-2基因受NdEcR基因介导的信号通路的调控。敲降NdCAP-1基因后，D2-4期米虾的步足刚毛伸展不流畅，出现卷曲。敲降NdCAP-2后，A-B期米虾的步足表面凹凸不平，出现了大面积的褶皱（图3）。进一步利用体外重组表达制备了重组蛋白rNdCAP-1和rNdCAP-2，钙结合能力实验鉴定出rNdCAP-1和rNdCAP-2蛋白的钙结合能力分别为：0.16 moL Ca²⁺/moL rNdCAP-1，0.175 moL Ca²⁺/moL rNdCAP-2；0.45 mg/mL rNdCAP-1和rNdCAP-2可以抑制钙沉淀的形成；rNdCAP-1和rNdCAP-2蛋白的几丁质结合实验显示rNdCAP-1和rNdCAP-2蛋白具有几丁质结合能力。从而确定了钙相关表皮蛋白基因NdCAP-1和NdCAP-2参与了甲壳动物表皮的钙化过程。

 上述成果于2024年6月发表在Journal of Oceanology and Limnology上。河北大学生命科学学院2020级硕士研究生高茜为论文第一作者，张继泉研究员和孙玉英教授为通讯作者。论文得到国家自然科学基金、河北省重点研发计划以及河北省自然科学基金等资助。

论文信息：Gao X, Duan MM, Sun YY*, Zhang JQ*. 2024. Molecular cloning and functional analysis of two calcium-associated cuticular protein genes in Neocaridina denticulata sinensis. Journal of Oceanology and Limnology（中科院二区）, Doi: 10.1007/s00343-024-3211-0.

图1 中华锯齿米虾蜕皮周期各阶段的尾扇显微结构

（a）蜕皮后期A期；（b）蜕皮后期B期；（c）蜕皮间期C期；（d）蜕皮前期D_0-1期；（e）蜕皮前期D_2-4期。

图2 NdCAP-1和NdCAP-2基因在米虾蜕皮周期不同组织的表达模式

1：头胸甲，2：步足，3：泳足，4：尾扇。

图3 敲降NdCAP-1和NdCAP-2基因后的表型变化

（a）（c）对照组；（b）敲降NdCAP-1基因；（d）敲降NdCAP-2基因