单带蛇尾（Urechis unicinctus）中瞬时受体电位（TRP）基因的鉴定与表达以及TRPC5在免疫反应中的作用

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Identification and expression of transient receptor potential (TRP) genes in Urechis unicinctus and the role of TRPC5 in immune response

TRP通道基因在乌雷虫中的鉴定及其环境适应与免疫调控功能研究。通过基因组分析和转录组学技术，确认了乌雷虫含有64个TRP基因，涵盖7个TRPA、14个TRPC等亚家族。研究发现TRPC5在免疫响应中起关键作用，其表达受短期干旱和紫外线辐射调控，并与体重增长及内脏指数呈正相关。该研究为揭示环节动物TRP通道的分子机制和环境适应机制提供了新依据。

　　

杨志|张伟|赖文远

中国科学院水生生物研究所，武汉，430072，中国

摘要

瞬时受体电位（TRP）离子通道在介导对环境刺激的反应中起着关键作用。在这项研究中，我们从Urechis unicinctus的基因组中鉴定出了64个TRP基因，并对其基因组位置、基因结构和基本理化性质进行了分析。我们还研究了它们在不同发育阶段、组织和环境条件下的表达情况。结果表明，TRP基因的表达随发育过程而变化，并表现出明显的组织特异性模式。值得注意的是，我们鉴定出20个在硫化物胁迫后具有转录记忆功能的TRP基因，以及7个对温度敏感的TRP基因。此外，我们发现短期干旱和紫外线辐射都会影响U. unicinctus中TRP基因的表达。药理学实验表明，TRPC5与U. unicinctus的免疫反应有关。总体而言，我们的发现为未来研究TRP通道在U. unicinctus中的功能作用提供了宝贵的基础。

引言

瞬时受体电位（TRP）通道是参与多种生理过程的离子通道，包括视觉、嗅觉、听觉、味觉以及温度和机械刺激的感知（Montell和Rubin，1989；Caterina等人，1997；Su等人，2025）。这些通道可以被广泛的环境刺激激活，如温度、机械应力、光线、pH变化和化学物质，因此对于维持多种细胞功能的平衡至关重要（Pedersen等人，2005；Venkatachalam和Montell，2007；Zhang等人，2018）。在后生动物中，根据序列相似性和功能特性，TRP通道被分为七个亚家族：TRPC（经典型）、TRPV（香草素型）、TRPM（黑色素素受体型）、TRPA（锚蛋白型）、TRPML（黏液脂质蛋白型，也称为MCOLN）、TRPP（多囊蛋白型，也称为PKD）和TRPN（NOMP-C）。在酵母中，已鉴定出第八个TRP家族，命名为TRPY，其中“Y”表示酵母（Venkatachalam和Montell，2007；Damann等人，2008；Fowler和Montell，2013）。Himmel和Cox（2020）提出，先前认为的TRPM家族实际上包含两个不同的家族：经典型TRPM通道和一个主要但尚未描述的动物TRP通道家族，称为TRPS（soromelastatin）。这些TRP蛋白具有共同但独特的结构特征，均由六个跨膜螺旋段组成，在其氨基和羧基末端具有多个细胞质结构域。位于TM5和TM6之间的孔形成环对其功能至关重要，使大多数TRP通道具有非选择性的阳离子通透性，并且通常具有较高的Ca²⁺选择性（Himmel和Cox，2020）。此外，不同的TRP亚家族具有不同的特征结构域，这些结构域反映了它们独特的生理功能和对环境刺激的反应。例如，TRPA、TRPV和TRPC亚家族在其氨基末端具有不同数量的锚蛋白重复序列，而TRPC和TRPM蛋白在其羧基末端细胞质区域具有保守的WKxxR基序。其他结构域，包括卷曲-卷曲结构域、EF手结构域和NUDIX水解酶结构域，在TRP通道的功能调控中也起着重要作用（Peng等人，2015；Zheng等人，2018；Vanneste等人，2021；Li等人，2024）。

TRP基因家族已在多种动物中被鉴定出来，包括昆虫、鱼类、甲壳类动物、爬行动物和两栖动物（Zhang等人，2022；Li等人，2024；Qian等人，2024；Li等人，2025）。许多昆虫中的TRP通道已被确定为杀虫剂或驱虫剂的分子靶点，这对农业的健康发展具有重要意义（Nesterov等人，2015；Kandasamy等人，2017）。近年来，研究人员还在几种具有经济价值的水产养殖物种中发现了TRP基因，包括Siniperca chuatsi（Li等人，2024）、Sebastes schlegelii（Huang等人，2024）、Portunus trituberculatus（Qian等人，2024）和Ruditapes philippinarum（Zhang等人，2023）。TRP基因的表达和功能已在几种鱼类中得到了很好的研究。TRPV1在斑马鱼的正常热诱导运动中起着关键作用。在早期幼虫阶段，TRPV1阳性神经元的出现对其生存至关重要（Gau等人，2013）。Nisembaum等人（2015）发现Trpv1和Trpv4在Oncorhynchus mykiss的松果体光感受器细胞中表达，并以温度依赖的方式影响褪黑素的分泌。York和Zakon的研究利用进化证据确定了南极冷冻鱼类中最适合在零下温度下发挥作用的TRP通道，他们认为Trpv1a、Trpa1b和Trpm4是这些鱼类的主要热感应基因（York和Zakon，2022）。在Oryzias latipes中，TRPA1仅受热激活（Oda等人，2017）。然而，在Oreochromis niloticus中，低温暴露通过激活TRPA1通道抑制进食并诱导生长激素抵抗（Cao等人，2024；Cao等人，2025）。此外，对Crassostrea gigas、O. mykiss、Cyprinus carpio和Ctenopharyngodon idellus的研究表明，TRP基因可能在免疫反应中起作用（Zhao等人，2023；Zhou等人，2023；Liu等人，2025；Xie等人，2025）。这些发现有助于理解TRP基因在鱼类对环境刺激反应中的作用。

Urechis unicinctus是环节动物门（多毛纲，异胸目，Urechidae科）的一个代表性物种，是一种生态上重要的海洋底栖无脊椎动物。其分布范围涵盖了中国、日本、朝鲜半岛和俄罗斯远东的潮间带（Ma等人，2012；Zhang等人，2024a）。由于其高营养价值和药用价值，U. unicinctus在中国被视为一种有价值的水产养殖物种（Du等人，2024）。其自然栖息地面临多种环境压力（Zhang等人，2024a，Zhang等人，2024b，Zhang等人，2025d）。已知TRP通道在多种物种中在感知和响应这些刺激方面起着关键作用（Zhang等人，2023；Qian等人，2024）。然而，U. unicinctus中的TRP基因家族尚未被研究。在这里，我们利用基因组数据鉴定了完整的TRP基因库，并通过利用公共转录组资源分析了其在不同发育阶段、组织和环境条件下的表达模式。此外，我们还研究了TRPC5在U. unicinctus免疫反应中的作用。这项研究为研究U. unicinctus中TRP基因的进化和比较转录组分析奠定了基础，有助于探索该物种如何感知和响应环境变化。因此，它也为其他底栖无脊椎动物的环境感知或功能研究提供了有价值的参考。

章节摘录

TRP家族基因的鉴定

基于我们实验室对U. unicinctus的全基因组注释，我们检索并鉴定了TRP家族基因。为了验证TRP基因的鉴定结果，我们使用Conserved Domain Database（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/cdd）分析了检索到的序列的保守结构域，并使用TBtools ^v1.113进行了可视化（Chen等人，2020）。

U. unicinctus的TRP序列分析

使用ExPASy ProtParam工具预测了鉴定的U. unicinctus TRP蛋白的理化性质（//web.expasy.org/protparam

U. unicinctus中TRP基因的鉴定与表征

从U. unicinctus基因组中鉴定出总共64个TRP基因，包括7个TRPA、14个TRPC、15个TRPM、10个TRPV、1个MCOLN和17个PKD成员。所有鉴定的TRP基因都具有显著的序列同源性，E值低于2 × 10^?9（表S3）。外显子-内含子结构分析显示，大多数（64个中的45个）TRP基因含有相对较多的内含子（图1A）。保守结构域预测确认所有鉴定的TRP基因都具有特征性的结构域

U. unicinctus中TRP基因的鉴定

在U. unicinctus基因组中鉴定出总共64个TRP基因，分布在六个亚家族中，包括7个TRPA、14个TRPC、15个TRPM、10个TRPV、1个MCOLN和17个PKD成员（表1）。在U. unicinctus中没有发现TRPN或TRPY成员。TRPN成员通常存在于线虫和昆虫等无脊椎动物中（Venkatachalam和Montell，2007）。与此分布一致，TRPN也不存在于其他分析的环节动物、软体动物和棘皮动物物种中

结论

总之，我们在U. unicinctus基因组中鉴定了64个TRP基因，并研究了它们在不同发育阶段、组织和环境条件下的表达情况。值得注意的是，我们发现了TRPC5与U. unicinctus的免疫反应之间的关联。这种对TRP通道的全面表征为未来研究该物种及相关生物的环境适应性和免疫功能奠定了基础。

缩写

TRP
瞬时受体电位
TP
茶多酚
SOD
超氧化物歧化酶
C3
补体3
WGR
体重增长率
VSI
内脏体指数
PSU
实用盐度单位
TMGs
转录记忆基因
TLRs
Toll样受体

CRediT作者贡献声明

杨志：写作——审稿与编辑，撰写——原始草稿，方法学，研究设计，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。张伟：方法学，研究设计。赖文远：方法学，研究设计。

伦理批准和参与同意

动物实验和处理按照中国科学院水生生物研究所的动物护理和使用委员会指南进行（IHB, CAS，协议编号2016-018）。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

我们感谢中国海洋大学海洋生命科学学院的张志峰教授实验室之前对U. unicinctus基因组数据的分析。