高盐胁迫对缢蛏存活、生理生化及转录水平的影响

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盐度是重要的环境因子,影响水生生物的生存生长、能量代谢、渗透调节、免疫防御等多种生物学过程。与具有相对稳定盐度的深远海不同,潮间带、河口和陆基海水池塘等水环境的盐度经常变动,拥有较强的渗透压调节能力对栖息在这些地区的贝类至关重要。缢蛏(Sinonovacula constricta)作为典型的广盐性滩涂贝类,对盐度变化适应能力强,在盐度4-28 ppt水中均能生活。目前,缢蛏已成为我国池塘多营养级综合养殖模式的重要物种。海水池塘水环境相对封闭,水环境因子变化较大,尤其夏天,干旱、高温等原因加速了蒸发速率,会导致养殖池塘的海水盐度不断上升。虽然缢蛏在一定程度上可以承受较大的盐度变化,但盐度的急剧增加仍然会给缢蛏造成损伤,甚至死亡。本论文研究了急性高盐胁迫下缢蛏存活、酶活性、鳃组织结构、游离氨基酸的变化特征,并通过全转录组分析了鳃组织在高盐胁迫下的转录水平变化,以期为探讨缢蛏渗透压适应、调节机制和培育耐高盐新品种提供参考。主要研究及结果如下:1.以缢蛏(壳长为19.27±1.27mm)为实验对象,设置盐度分别20(S20)、25(S25)、30(S30)、35(S35)、40(S40)和45 ppt(S45)6个组别,S20为对照组,测定各组幼贝死亡率,并计算不同胁迫时间的半致死盐度(LC50),同时研究了S20、S30和S40组幼贝软体部Na+-K+-ATP酶(NKA)、酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)三种酶在不同胁迫时间的活性变化特征。结果表明,实验处理120 h后,各组死亡率分别为0、(2.17±0.85)%、(9.50±0.82)%、(30.67±3.70)%、(73.50±7.08)%和(94.67±3.06)%,168 h时S45组的缢蛏幼贝全部死亡;直线内插法计算得到的72 h、96 h、120 h、144 h、168 h的高盐LC50分别为46.03 ppt、39.85 ppt、35.77 ppt、34.57 ppt和33.69 ppt,概率单位法得到的高盐LC50分别为44.31 ppt、40.74 ppt、36.96 ppt、35.67 ppt和34.47 ppt。随着盐度升高和处理时间延长,NKA、AKP与ACP活性总体上呈现先上升再下降后稳定的趋势,三种酶活性变化趋势相似,但效应时间不同,但盐度高于30 ppt会给幼贝机体造成较大伤害,能降低机体渗透压调节和免疫防御机能,甚至导致死亡。2.以缢蛏(壳长5.14±0.38 cm)为实验对象,设置盐度组S20、S30和S40,取胁迫0 h、6 h、12 h、24 h、48 h、72 h、96 h、120 h的缢蛏鳃组织制作组织切片,显微观察并测量缢蛏的鳃丝长度(GFL)、鳃丝宽度(GFW)和鳃厚度(GT)。结果显示,40 ppt处理48 h后,鳃组织开始溶解,但在30 ppt下不溶解。S30的GFL、GFW和GT的最小值分别是对照组的83.04%、76.64%和58.55%;S40组的则为70.96%、59.53%和57.88%。研究结果为高盐条件会使缢蛏鳃组织发生失水收缩。3.利用全自动氨基酸分析仪测定了缢蛏在S20、S30和S40胁迫48 h后鳃组织18种游离氨基酸(FAA)含量。结果显示,S20、S30和S40鳃组织中FAA总量(TFAA)分别为61.25±1.58、89.36±4.18和111.98±1.46 mg·g-1,表明TFAA含量随盐度增加而增加。进一步,牛磺酸、丙氨酸、脯氨酸、甘氨酸和谷氨酸的含量随着盐度的升高而显著增加。在所有检测氨基酸中,牛磺酸是FAA中含量最丰富的氨基酸,约占TFAA的44%;丙氨酸含量的增加幅度最大,相比对照组,S30和S40分别增加了13.49和30.78 mg·g-1;脯氨酸是上升倍数最高的,从0.07 mg·g-1增加到1.08和2.17 mg·g-1。这些氨基酸可能在缢蛏适应盐度变化中发挥重要作用。4.为进一步探究缢蛏对急性高盐胁迫的转录水平的响应,对缢蛏S20、S30和S40胁迫24 h鳃组织进行了全转录组测序。分析结果显示,9个样品共鉴定出83,262条lnc RNA,52,422条m RNA,2,890条circ RNA和498条mi RNA,比较分析筛选出大量差异表达转录本。差异表达的m RNA和nc RNA靶基因主要富集在氨基酸代谢和膜运输等通路,进一步注释分析发现氨基酸合成和膜运输是参与缢蛏适应盐度升高的主要生理过程,而信号转导和脂质代谢起辅助作用。基于差异表达RNA,构建lnc RNA/circ RNA-mi RNA-m RNA调控网络。富集分析发现,差异表达的m RNA主要参与氨基酸代谢、脂肪酸代谢等途径,其中包括可以提高渗透胁迫耐受性的酪氨酸转氨酶(TAT)显著上调、可以减少K+通道降解的G蛋白通路抑制因子显著下调等。进一步对网络图中1个上调和1个下调的基因的q RT-PCR实验验证了两个基因的上下调特征,并确定其随胁迫时间增加的表达特征,为我们后续网络图的充分验证奠定基础。随之对牛磺酸合成途径限速酶—半胱亚磺酸脱羧酶(CASD)和脯氨酸合成途径限速酶—△~1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的表达特征进行研究,并结合游离氨基酸含量数据进行分析,发现脯氨酸会在胁迫初期快速合成,而牛磺酸合成相对滞后。研究结果对深入研究缢蛏nc RNA调节渗透压途径和机制提供了基础资料。综上所述,缢蛏可以通过渗透调节在短时间内适应30 ppt的中高盐度,部分个体可以适应35 ppt盐度,但可能会造成大量个体死亡,40 ppt下超过48 h的胁迫可能会对缢蛏造成巨大伤害;缢蛏机体中参与高渗调节的游离氨基酸主要为丙氨酸、牛磺酸和脯氨酸;nc RNA在缢蛏渗透压调节中也发挥重要作用。本研究丰富了高盐缢蛏的基础资料,为缢蛏养殖和耐高盐新品种提供了参考。
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