中国科学院南海海洋研究所海洋生物技术与遗传学科组研究揭示了深海海马冷泉深海贝类壳基质矿化演化与适应机制，填补了深海生物极端环境适应的矿化理论空白。近日，相关成果相继发表于《国际生物大分子杂志》。

处于海底极端环境的冷泉，深度超过550米，具有黑暗、低温、低pH、高压、富含锰、铁、锌、铜等重金属、高浓度的甲烷和硫化氢等众多不利于生物生存的环境特征，实则却具有非常丰富的生物多样性，软体动物门、节肢动物门和环节动物门大约构成了冷泉区90%以上的生物种类。其中，有壳的大型底栖贝类的种类最多、分布最为广泛。深海海马偏顶蛤和中国海伴溢蛤是海马冷泉活动区的主要优势种之一。以往壳基质蛋白的研究主要聚焦于浅海软体动物，对深海贝类的壳基质蛋白认知还非常有限。

深海海马大偏顶蛤贝壳微观结构。研究团队供图

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该研究揭示了海马大偏顶蛤的壳具有独特的六层结构，且珍珠层由整块的文石构成，这与浅海软体动物的结构存在显著差异。研究人员利用液相色谱-串联质谱技术分析海马大偏顶蛤的贝壳，鉴定出231种壳基质蛋白。通过与13种浅海贝类的壳基质蛋白比对发现了两个保守的壳基质蛋白（SMP-1和Pif-like），暗示生物矿化功能的保守性。

此外，研究发现了一种特有的壳基质蛋白命名为Gh26。体外结晶实验表明Gh26重组蛋白能同时与文石和方解石结合，抑制文石和方解石的结晶，起负调控作用。同时在文石结晶体系中高浓度的Gh26可以诱导方解石成核并抑制文石成核。揭示了Gh26在调节晶体形态上的多功能性。

中国海伴溢蛤的外壳由文石片或微颗粒聚成复杂的不规则结构，分半透明内壳与非透明外壳，均多层叠合。内壳层由文石针状垂直交错结构与粒状均质结构组成，且均质层中嵌有两层薄肌棱柱层。横截面显“菊花”样六角文石片堆叠，有黑洞和缝隙。外壳层为不同大小文石颗粒均质结构。

该研究中，研究人员鉴定出266种壳基质蛋白，并通过和13种浅海贝类壳基质蛋白的比较发现了两种核心的保守壳基质蛋白（AmSMP1和Pif-like），暗示了生物矿化功能的保守性。同时通过转录组和蛋白组序列比对，研究发现了一种特异性的壳基质蛋白，命名为Am13，以及一种具有Kazal结构域的高度表达的壳基质蛋白，命名为AmKaSPI。

中国海伴溢蛤贝壳微观结构。研究团队供图

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通过体外结晶实验发现Am13负调控方解石形成，正向调控文石形成，同时在高浓度下抑制文石晶体大小生长。AmKaSPI通过增强成核和聚集以及诱导CaCO₃晶体的形态变化，积极调节方解石和文石的形成，同时能促进方解石形态变化，形成十字星形结构。这可能是壳基质蛋白形成“菊花”状棱柱层的关键。

该研究揭示了两种深海贝类壳基质蛋白的组成，发现了保守性的核心壳基质蛋白，解析了特异性壳基质蛋白的矿化调控机制，研究结果不仅有助于深入理解深海贝类的环境适应机制，深化对极端环境生物适应性的认知，还为深海资源开发、海洋环境保护及生物医学应用提供了理论支撑与技术储备。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.138767

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.140871