不同地理种群齿纹蜒螺(Nerita yoldii)对热胁迫的生理和转录响应研究

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潮间带受到海洋和陆地的双重影响,环境波动剧烈且极易受到全球变化的影响。随着人工硬基质海堤在我国沿海地区的修建,越来越多的自然海岸被取代,在全球气候变暖的背景下,人工硬基质海堤会对潮间带生物的分布产生影响。我们对生活在岩相潮间带的腹足类齿纹蜒螺(Nerita yoldii)开展了生态学调查和生理学研究,追踪其向北迁徙的路径,并比较分析了不同种群高温耐受能力的生理和转录响应差异。本研究对浙江和江苏沿岸的若干人工和自然海岸进行长达6年(每年冬夏各一次)的生态调查后发现,齿纹蜒螺的分布北界逐渐北移,在2016年扩散至中安棚,2017年扩散至王港闸。分布调查数据结果显示洞头、吕四和阳光岛分为一组,中安棚、王港闸各为一组。种群密度调查结果显示,中安棚种群密度逐渐增加,阳光岛种群密度逐渐减少。人工硬基质海堤(吕四、阳光岛和中安棚)的齿纹蜒螺覆盖率呈现冬季低、夏季高的季节变化趋势,自然岩相(洞头)种群则没有这种趋势。这些结果表明江苏沿岸人工海堤的修建为齿纹蜒螺向北扩散提供了基质,使得其地理分布正在快速发生变化,但是自然岩相和人工岩相种群表现出不同的季节性变化趋势。温度是影响生物生存最关键的环境因素,岩相潮间带的生物在低潮时面临着严峻的高温胁迫。本研究从自然岩相(厦门、洞头)和人工硬基质海堤(吕四、中安棚)分别采集了四个种群的齿纹蜒螺,在25℃下经过两个月的同质园驯化后,进行了心脏性能曲线的测定。结果显示ABT(Arrhenius Break point Temperature,阿氏拐点温度)随着纬度的升高而升高,FLT(Flat Line Temperature,平线温度)和FLT-ABT则没有这种趋势;不同地理种群之间的ABT和FLT均存在显著性差异,而FLT-ABT则无显著性差异;自然岩相种群的ABT和FLT均低于人工硬基质海堤的种群,不同栖息地种群的ABT存在显著性差异;基于GAM(Generalized Additive Model,广义加性模型)的分析显示种群内和种群间的心脏性能曲线都存在显著性差异。这些结果表明齿纹蜒螺的温度耐受能力随着纬度的升高而升高,不同种群和个体之间存在差异,人工硬基质海堤更为恶劣的热胁迫环境可能是造成齿纹蜒螺当地种群热耐受能力提高的原因。不同地理种群齿纹蜒螺在转录水平上对温度存在差异化响应。本研究对不同地理种群的齿纹蜒螺进行25℃同质园驯化后,分别在不同温度(25、37和45℃)进行转录组测序。测序结果显示在升温的过程当中,齿纹蜒螺产生了热休克反应,合成大量的热休克蛋白抵御热应激带来的细胞损伤,同时泛素-蛋白酶体水解过程也在增强,相关基因在37℃和45℃均呈现上调表达,调控凋亡系统的凋亡抑制蛋白的表达量也随着温度的升高增加。注释的结果中也包含了部分抗氧化系统的基因,呈现先上调后下调的表达趋势。在45℃应激条件下,齿纹蜒螺与糖代谢相关的基因下调表达,表明此时细胞会将大量的能量用于抵御热胁迫。不同地理种群的转录响应模式存在差异,低纬度的厦门种群与其他三个种群差异最为显著,这可能是不同地理种群对当地环境温度产生局域适应的结果。
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