由于海洋吸收了大约30%的人为排放二氧化碳,打破了原本海洋中的碳酸盐化学平衡,进而导致了海水p H的降低,这种现象被称为海洋酸化(Ocean Acidification)。研究发现,海洋酸化能够对生物体的生长、发育、钙化、能量分配等生理过程产生显著影响(尤其钙化生物);低氧也被证明能够干扰海洋生物的存活、行为方式以及机体的多种生理、生化过程。在自然条件下,海洋生态环境的变化是由多种因素综合作用的结果,海水酸化和低氧有时会同时发生。本研究以长牡蛎Crassostrea gigas为研究对象,整合利用蛋白质组学、代谢组学等技术,并结合传统生理学手段,分析了海水酸化以及海水酸化和低氧交互暴露后长牡蛎不同组织中的生理响应,研究结果可为准确预测海洋环境变化对贝类资源以及海洋生态系统的影响奠定基础,也可为国家制订相关应对策略与政策提供科学依据。1.长牡蛎稚贝对海水酸化响应的组学分析采用核磁共振代谢组学与双向电泳蛋白质组学,分析了长牡蛎鳃、消化腺和外套膜组织对28天海水酸化暴露的响应。结果发现,海水酸化暴露导致长牡蛎鳃、消化腺和外套膜组织产生了能量代谢和渗透胁迫等多种生理响应。整合差异变化的代谢物和蛋白质,发现海水酸化能够影响鳃组织中四氢嘧啶的合成、牛磺酸代谢、甘油磷脂代谢以及三羧酸循环;在消化腺组织中,蛋白质降解、半乳糖代谢、牛磺酸代谢、半胱氨酸代谢以及三羧酸循环受到了影响;而在外套膜中,以三羧酸循环为代表的能量代谢过程、细胞纤维运动以及细胞骨架结构则发生了显著变化。2.长牡蛎对海水酸化及低氧交互暴露的响应利用双向电泳蛋白质组学结合生理学手段,分析了长牡蛎鳃组织对海水酸化及低氧交互暴露的响应情况。结果显示,相比于对照组,低氧暴露可导致血细胞凋亡率和细胞吞噬率的显著上调,以及ROS含量的极显著下调,表明低氧暴露对长牡蛎的细胞免疫应答反应产生了严重的影响。双向电泳蛋白质组学分析发现,长牡蛎鳃组织对海水酸化及低氧交互暴露的生理响应既有相同点也有差异性。海水酸化暴露可能造成了鳃组织内氧化应激、信号传导和钙离子平衡方面的响应;低氧暴露则可能影响了鳃组织内的应激反应、信号传导和细胞骨架结构;海水酸化低氧交互暴露可能影响了鳃组织内的能量代谢、应激反应、钙离子平衡和蛋白质代谢等过程。采用磷酸化蛋白质组学技术,分析了长牡蛎外套膜组织在海水酸化及低氧交互暴露后的响应情况。结果发现,在海水酸化及低氧交互暴露后,长牡蛎外套膜组织内参与能量代谢(AMP deaminase 2)、免疫反应(Cap1和Pcdc4)、信号传导(Cdc42)等生理过程的相关蛋白以及多种核糖体蛋白(如EG664969、Rps14和Rpsa等)和细胞骨架蛋白(如Pls3、Cap1和Cenpj等)的丰度发生了显著变化。整合差异表达蛋白发现,长牡蛎外套膜组织对海水酸化产生了MAPK信号通路和黏着连接等多个生理过程上的响应;低氧暴露则导致多个信号通路(Fc epsilon RI和T cell receptor信号通路等)的变化响应,进而可能影响到免疫应答和磷酸化调节过程;在酸化低氧交互暴露中,长牡蛎外套膜的神经内分泌调节系统(Ras和Gn RH信号通路、多巴胺以及GABAergic的合成)受到了显著影响,进而可能导致组织功能的异常。