邹永烽，包志明，曹攀辉，张嘉媛，郭介宇，苏现斌，徐宇，许志强，郭慧
DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2024-0184
近日，《生物技术通报》在线发表了题为《克氏原螯虾响应高温胁迫的生理代谢机制》的研究报告。本文综合利用组织学、生物化学和分子生物学等技术手段多层次、多水平探究在高温环境中克氏原螯虾的鳃丝组织的生理变化，研究结果为深入解析克氏原螯虾在高温胁迫及其他环境因子胁迫的响应机制奠定基础，并为克氏原螯虾的抗高温品种选育和养殖管理提供科学参考。
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鳃是甲壳动物进行呼吸、排泄和渗透压调节的器官，其直接与周围水环境接触，易受到环境胁迫的影响。经高温胁迫后鳃丝的转录组测序得到了大量的DEGs，32℃胁迫24 h时DEGs显著富集在与其他类型的O-聚糖生物合成相关的途径，显著上调的基因有POMT2，EOGT和RUMI等。在32℃胁迫72 h后DEGs显著富集在ECM受体相互作用、内质网的蛋白质加工、花生四烯酸代谢和过氧化物酶体相关等途径。ECM受体相互作用通路中的层粘连蛋白、核纤层蛋白、软骨寡聚基质蛋白、αV、α8、β1基因显著下调；透明质酸介导的运动受体、整合素异构体、类营养蛋白55相关基因显著上调。
在37℃胁迫24 h，出现细胞坏死并伴有鳃膜破损，DEGs显著富集到的GO条目主要与蛋白质的正确折叠相关，包括蛋白质折叠伴侣、热休克蛋白结合、蛋白质构象调整等过程。37℃胁迫72 h，鳃膜增厚，鳃丝组织结构受损，坏死和空泡化的上皮细胞增多，此时显著富集到的GO条目更多地反映出与核糖体和蛋白合成相关的改变，如核糖体结构成分和相关代谢过程。这些现象表明高温胁迫对克氏原螯虾的鳃丝组织造成损伤，且随着胁迫时间的增加，鳃丝组织损伤的程度在不断加重，基因出现更复杂的调整。在实验中发现，HSP70和HSP90在37℃胁迫24 h时上调程度最高，37℃胁迫72 h次之，32℃胁迫24 h最低。可能是在37℃条件下为避免蛋白质错误折叠和累积，因此大规模上调热休克蛋白基因，但随着高温胁迫时间的延长，可能细胞对高温胁迫产生了一定程度的适应，因此在37℃胁迫72 h热休克蛋白表达有所减弱。在32℃胁迫24 h的热休克蛋白表达量最低可能是因为这个胁迫条件相对温和。这些观察结果展现了克氏原螯虾细胞内部通过调节保护性蛋白的表达对高温胁迫的应对策略。
非特异性免疫系统是无脊椎动物的唯一免疫防线。克氏原螯虾鳃丝的抗氧化指标（ROS，MDA，T-AOC）和免疫酶（LYS，ACP，ALP）总体上随温度上升出现先增后减的趋势。此外，转录组测序显示在37℃时，DEGs显著富集在和免疫相关的过程，包括细胞外基质-受体相互作用、核苷酸切除修复、花生四烯酸代谢和Notch信号通路等过程中。因此，我们推测当外界温度从26℃升高到32℃时，克氏原螯虾加速代谢活动，产生过量活性氧（ROS），导致脂质过氧化，进而引起MDA含量增加，机体可能通过上升T-AOC应对高温胁迫。当温度达到37℃时，高温环境可能会削弱克氏原螯虾的抗氧化防御系统，导致更严重的细胞损伤，表现为ROS、MDA和免疫酶（ACP、ALP、LYS）活性水平降低从而引起免疫力下降。在这个过程中分子层面的调整是至关重要的，涉及酶活性的调节、细胞外基质互作、基因修复、脂质代谢和信号传导途径的激活，以及细胞核结构和抗炎基因等的调整。
HK和PK是葡萄糖代谢过程中重要的调控酶，其活力的变化反映组织细胞的呼吸代谢程度。在本研究中，PK和HK活性在32℃和37℃出现不同程度的下降，表明细胞对葡萄糖的利用率降低。PEPCK是糖异生的关键调节酶，PEPCK活性在高温胁迫后显著上升，暗示糖异生路径得到加强。此外，DEGs显著富集在代谢、鞘脂代谢以及淀粉和蔗糖代谢等途径，并从这些途径中筛选出了细胞结构稳定和线粒体功能相关的hub基因。这意味着克氏原螯虾在高温胁迫下减慢葡萄糖代谢效率，机体可能通过调节其他替代途径或强化某些能量储存过程从而调整能量的生成和使用。
在32℃和37℃温度下，克氏原螯虾的鳃丝受到损伤。克氏原螯虾通过调控热休克蛋白的表达、增强抗氧化能力和调整细胞外基质及受体的相互作用等维护细胞功能，从而应对高温胁迫。高温胁迫还降低了克氏原螯虾对葡萄糖的利用率，迫使其通过其它代谢途径调整能量分配。
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