哺乳动物、鸟类、鱼类和重要经济无脊椎动物的体色主要由卟啉、黑色素、蝶啶和类胡萝卜素等形成。动物的体色与其多种功能相关，包括伪装、模仿、繁殖、交流和交配。甲壳动物的体色除了具有生物学意义外，还具有重要经济价值。体色在甲壳动物产品加工和消费过程中起着至关重要的作用，与浅色对虾相比，消费者往往更青睐于深色对虾。

 张继泉/孙玉英课题组以中华锯齿米虾为研究对象，在前期完成其全基因组基础上，发现其23号染色体上存在串联的13个CRCN基因（NdCRCNs）（图1），这一发现与之前的研究报道称在一个物种中仅有少数CRCN相悖。NdCRCNs在组织中的表达模式表明，存在一种名为NdCRCN-30的CRCN亚型基因在甲壳中的表达最高。NdCRCN-30与虾青素分子对接的结果表明，三个关键氨基酸残基（Glu-91、Lys-145和Gln-179）与虾青素末端环非共价结合（图2A）；NdCRCN-30与20-HE分子对接的结果表明，6个关键氨基酸残基（Gln-30、Cys-31、Ser-32、His-109、Cys-138和Asn-140）与20-HE的端环非共价结合（图2B）。原位杂交（ISH）分析表明，NdCRCN-30主要分布在虾的外表皮（图3）。干扰NdCRCN-30的表达可以导致甲壳颜色发生变化（图4）。NdCRCN-30干扰后进行RNA-seq分析发现，该基因主要与抗氧化功能、色素沉着和蜕皮有关（图5）。总之，该研究结果将为CRCN的生物学功能以及改变经济甲壳类动物体色的遗传育种提供新的见解。

 上述成果于2024年8月24日在线发表在International Journal of Biological Macromolecules上。河北大学生命科学学院2023级博士研究生冯丹丹为论文第一作者，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：Feng DD, Yan CC, Yuan LB, Jia YW, Sun YY*, Zhang JQ*. 2024. Genome-wide identification of crustacyanin and function analysis of one isoform high-expression in carapace from Neocaridina denticulata sinensis. International Journal of Biological Macromolecules, 278(4): 135070. Doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.135070. （中科院一区TOP，Q1，影响因子7.7）

图1  NdCRCNs在染色体上的分布。

(A)                                                      (B)                                                  (C)

图2 中华锯齿米虾的表皮结构。（A）虾表皮结构的H&E染色。红色箭头描绘了不同的色素细胞，OE，外表皮；IE，内表皮；CN，细胞核；EC，上皮细胞；BM，基底膜。（B）使用EGFP探针的阴性对照未被BCIP/NBT染色。（C）NdCRCN-30反义探针仅在外表皮区域观察到蓝色染色的阳性杂交信号。比例尺=50 μm。

图3 NdCRCN-30蛋白分子对接的三维图（PDB代码：1GKA）。（A）NdCRCN-30蛋白与虾青素对接结果，与虾青素对接的氨基酸残基用红色显示。右侧的矩形代表虾青素与NdCRCN-30-蛋白疏水域周围残基结合情况。（B）NdCRCN-30蛋白与20-HE对接结果，与20-HE对接的氨基酸残基用紫色显示。右侧的矩形代表20-HE与NdCRCN-30蛋白疏水域周围的残基结合情况。

图4 NdCRCN-30敲降后中华锯齿米虾体色变化。A显示没有注射dsEGFP的虾表型，A′显示注射dsEGFF后第9天的虾表型；B显示之前未注射dsNdCRCN-30的虾表型，B′显示注射dsNdRCCN-30的虾表型。

(A)

(B)

(C)

(D)

图5 RNA-Seq数据的DEGs分析。（A）对照组和实验组转录组DEGs的热图聚类。（B）dsNdCRCN-30实验组与dsEGFP对照组DEGs的火山图。x轴表示基因表达的倍数变化，y轴表示差异的统计学意义。绿点代表明显下调的基因，红点代表显著上调的基因，蓝点代表没有显著差异的基因。（C） dsNdCRCN-30实验组与dsEGFP对照组差异表达基因的GO富集分析。生物过程（BP）、细胞成分（CC）和分子功能（MF）。x轴表示GO项，y轴表示富集分数。