《Aquaculture》：Diversification of scavenger receptor cysteine-rich (SRCR) genes enhances immune plasticity and
Vibrio resistance in bivalves
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贝类免疫机制|SRCR基因多样性|宿主抗性分子基础|病原驱动进化|水产养殖病害防控
Weimin Liao|Changping Xu|Yaoting Liu|Qing Lin|Shitong Liu|Hongkuan Zhang|Huaiping Zheng
广东省海洋生物技术重点实验室，汕头大学，汕头 515063，中国
摘要
清道夫受体半胱氨酸富集（SRCR）蛋白是一类在进化上高度保守的模式识别受体，对水生无脊椎动物的先天免疫至关重要。在双壳类水产养殖中，由弧菌属（Vibrio spp.）引起的弧菌病反复爆发对养殖业的可持续性构成了重大威胁，然而宿主抵抗力的分子基础仍不完全清楚。本文通过整合比较基因组学、系统发育学和多组织/时间序列转录组学方法，研究了24种具有商业价值的双壳类物种（包括Crassostrea gigas、Chlamys nobilis和Mytilus coruscus）中的SRCR基因的多样化和功能作用。我们发现SRCR基因库的大小（3-9个旁系基因）与栖息地相关的病原体压力密切相关，而非基因组大小，这表明其扩张是由病原体驱动的。系统发育分析揭示了两个功能不同的分支：A组SRCR利用模块化结构域进行广谱病原体检测，而B组成员则利用保守的串联重复序列进行精确的配体识别。在Chlamys nobilis中，空间表达谱显示不同的组织具有特定的免疫功能：鳃和外套膜负责前沿监测，血淋巴负责全身反应，而生殖腺和肠道则参与生殖和肠道相关防御。在Vibrio parahaemolyticus的攻击下，CnSRCR表现出时间有序的反应：早期传感器（CnSRCR1/2/3）、稳态调节因子（CnSRCR4/5/8）和后期效应因子（CnSRCR7）。跨物种验证证实，SRCR介导的免疫机制不仅高度保守，而且能够动态适应细菌压力。我们的发现表明，SRCR基因的多样化是影响养殖双壳类动物免疫可塑性（即通过组织特异性表达和时间响应等机制灵活调节免疫功能的能力）和Vibrio抵抗力的关键分子调控因素，为提高贝类水产养殖的疾病抗性提供了可行的见解。
引言
清道夫受体半胱氨酸富集（SRCR）蛋白是一类进化上古老的模式识别受体（PRRs）超家族，在先天免疫中起着核心作用。最初因其能够结合修饰的低密度脂蛋白而被发现，后来发现SRCR结构域是多功能模块，能够检测多种病原体相关分子模式（PAMPs）和内源性危险相关分子模式（DAMPs）（Berwin, 2003）。每个SRCR结构域包含约110个氨基酸，折叠成一种由二硫键稳定的紧凑结构，其中6-8个保守的半胱氨酸残基形成三个或四个结构域内的二硫键。这种刚性支架既提供了结构稳定性，又赋予了广泛的配体识别所需的构象灵活性。根据这些保守半胱氨酸的数量和空间排列，SRCR结构域被分为两大类：A组和B组（Sarrias等人，2004）。具体来说，A组结构域含有六个半胱氨酸残基，形成三个二硫键；而B组结构域含有八个半胱氨酸残基，形成四个二硫键（Hohenester等人，1999）。
在脊椎动物中，含有SRCR的蛋白质通过膜锚定或分泌形式来协调免疫监视、组织稳态和修复。例如，具有胶原结构的巨噬细胞受体（MARCO）通过结合PAMPs促进巨噬细胞吞噬（Granucci等人，2003），而分化簇6（CD6）通过与抗原呈递细胞上的配体相互作用来调节T细胞激活（Gimferrer等人，2003）。除了在宿主防御中的已知作用外，清道夫受体A类成员5（SCARA5）还调节全身铁稳态并减轻氧化应激（Li等人，2009a），突显了这一超家族的功能多样性。值得注意的是，无脊椎动物也独立演化出了类似的基于SRCR的免疫机制。在海星Asterina pectinifera中，分泌的opsonin ApSRCR1可以聚集细菌，并促进幼体间充质细胞和成体体腔细胞的吞噬（Furukawa等人，2012）。同样，扇贝Chlamys farreri的CfSRCR是一种多结构域蛋白，与脊椎动物的MARCO具有显著的结构同源性，能够结合多种微生物配体，包括脂多糖（LPS）、肽聚糖和β-葡聚糖，并在细菌攻击后其转录水平上调（Liu等人，2011）。这些发现共同表明，SRCR介导的免疫功能在超过6亿年的后生动物进化过程中保持了深厚的保守性。
作为固着滤食性生物，双壳类动物生活在微生物丰富且不断变化的环境中，因此始终容易受到病原体和非生物因素的威胁。由于缺乏适应性免疫系统，它们完全依赖于先天免疫，这种免疫主要通过具有吞噬能力、活性氧（ROS）生成和抗菌肽分泌的血细胞来发挥作用（Buggé等人，2007）。在免疫学框架内，清道夫受体半胱氨酸富集（SRCR）蛋白能够识别多种微生物和相关损伤的分子模式，这突显了它们在双壳类动物宿主防御中的关键作用。尽管SRCR基因的重要性显而易见，但其基因组组织、表达动态和功能多样性在不同双壳类物种中的特征仍不甚明确。填补这一知识空白具有重要的实际意义：由Vibrio、Perkinsus和牡蛎疱疹病毒等病原体引起的疾病爆发已导致全球贝类水产养殖遭受重大经济损失（Paillard等人，2022）。因此，对SRCR介导的免疫机制的深入理解可以为开发抗病双壳类品种和提升水产养殖可持续性提供创新策略，包括标记辅助选择和基于CRISPR的基因组编辑技术。
在这里，我们对24种代表性双壳类物种中的SRCR基因进行了全面的生物信息学研究，整合了比较基因组学、系统发育分析和结构建模。我们还进一步研究了南海特有的珍贵扇贝Chlamys nobilis中SRCR旁系基因的组织特异性分布和应激响应表达谱。我们的分析揭示了双壳类SRCR基因库的物种特异性扩张和功能特化，为利用这些受体开发抗病、耐病贝类以促进可持续水产养殖提供了基因组基础。
章节摘录
双壳类动物中SRCR基因的鉴定
2024年9月25日，我们从UniProt（
https://www.uniprot.org/）检索了五种代表性脊椎动物物种（
Homo sapiens、
Mus musculus、
Gallus gallus、
Danio rerio和
Xenopus laevis）的SRCR家族成员的全长蛋白质序列。这些序列被用作BLASTP搜索的查询，针对24种双壳类物种的预测蛋白质组（见补充表S1），E值阈值设为1×10
?5，以鉴定潜在的SRCR同源物。
双壳类动物中SRCR基因的显著物种特异性扩张
我们在分析的24种双壳类基因组中发现了每物种4到9个完整的SRCR基因位点（图1）。扇贝（Pectinidae科）在所调查的家族中显示出最高的SRCR拷贝数，Mizuhopecten yessoensis和Chlamys nobilis各自拥有9个功能性SRCR基因。相比之下，牡蛎Crassostrea virginica（Ostreidae科）只有3个SRCR拷贝，比其近亲C. gigas减少了2.7倍，后者仍保留有8个SRCR基因。淡水贻贝（Unionidae科）
SRCR基因家族的生态学校准反映了病原体驱动的适应性进化
我们的比较基因组学分析显示，双壳类动物的SRCR基因库范围为3到9个旁系基因，这种变异程度与无脊椎动物Toll样受体（TLR）家族的扩张动态相当（Wang等人，2023a，Wang等人，2023b）。从系统发育树的角度来看，拥有大量SRCR基因的物种（8-9个），如Pectinidae科的Mimachlamys nobilis和Mizuhopecten yessoensis、Ostreidae科的Crassostrea gigas
结论
总之，养殖双壳类动物中SRCR基因的多样化是由栖息地相关的病原体压力而非基因组大小决定的，反映了适应性免疫策略。这种扩张产生了两个功能分支：A组利用模块化结构进行广谱病原体识别，而B组使用保守的串联重复序列进行精确靶向。在Chlamys nobilis中，这些旁系基因表现出组织特异性的功能：鳃/外套膜负责监测，血淋巴负责全身反应
CRediT作者贡献声明
Weimin Liao：撰写——原始草稿、可视化、软件、方法学、研究、正式分析、数据管理。Changping Xu：撰写——原始草稿、软件、方法学、正式分析。Yaoting Liu：正式分析、数据管理。Qing Lin：方法学、研究。Shitong Liu：软件、方法学。Hongkuan Zhang：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。Huaiping Zheng：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金支持
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（32273119）、国家重点研发计划（2024YFD2401802）和中国现代农业产业技术体系（CARS-49）的财政支持。
