《渔业科学进展》虚拟专辑——低温胁迫对水生动物生长、生理指标及基因表达的影响

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  • 1  红鳍东方鲀AFP、CIRP、HMGB1和YB-1基因对低温胁迫的响应
    刘志峰,马爱军,孙建华,朱理光,包玉龙,张涛,俞兰良
    2023, 44(2):58-67. DOI: 10.19663/j.issn2095-9869.20210930003
    [摘要](1711) [HTML](184) [PDF 1.08 M](2612)
    摘要:
    鱼类的生长和繁殖受环境条件的调节,冬季的低温会给红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)产业带来不利影响。为研究红鳍东方鲀耐低温机制,本研究利用实时荧光定量PCR技术,分析抗冻蛋白(AFP)基因、冷诱导RNA结合蛋白(CIRP)基因、高速迁移蛋白家族蛋白(HMGB1)基因、Y-box结合蛋白(YB-1)基因在不同温度条件下(18℃、13℃、8℃和5℃),在红鳍东方鲀的肝、脾、肾、脑、心、肠、肌肉、性腺和皮肤中的表达情况。结果显示,AFP基因呈广泛性表达,在肌肉中表达量最高(P<0.05),随着温度的降低,各组织中AFP基因的表达量基本呈显著升高的趋势,在5℃组达到最高值,显著高于对照组(P<0.05)。CIRP基因在肌肉中表达量最高(P<0.05),随着温度的降低,各组织中CIRP基因的表达量的升降程度有所不同,在肝、肾、脑、心、肠、皮肤中的表达量呈先升高后降低再升高的趋势,在脾、肌肉和性腺中表达量呈上升趋势。HMGB1基因在肌肉中表达量最高(P<0.05),在脑、心、肝和皮肤中也有较高的表达量;随着温度的降低,除肝脏外,各组织中HMGB1基因的表达量基本呈先升高后降低的趋势,并在8℃组达到最大值,显著高于其他各组(P<0.05)。YB-1基因在肌肉中表达量最高(P<0.05),在其他组织中表达量较低;随着温度的降低,大部分组织中(脑、心、肠、肾、肝、肌肉和脾)表达量呈先升高后降低再升高的趋势,在8℃组达到最小值(P<0.05)。以上结果表明,4种基因表达水平因组织、温度的不同而不同,反映了这4种基因的功能特异性;在低温胁迫下,4种基因积极响应,表达量均发生不同程度的变化,表明4种基因在红鳍东方鲀低温环境适应中可能具有潜在的重要作用。另外,从表达变化规律来看,8℃可能是红鳍东方鲀应对低温胁迫的关键调控点,过低的温度会造成其调控紊乱,这可为研究红鳍东方鲀低温应答调控机制提供相关依据。
    2  红鳍东方鲀低温胁迫应答主效QTL候选基因的表达特征分析
    朱理光,刘志峰,马爱军,王新安,孙志宾,常浩文,刘圣聪,包玉龙,马得友
    2023, 44(6):74-82. DOI: 10.19663/j.issn2095-9869.20220608001
    [摘要](1329) [HTML](175) [PDF 876.92 K](2356)
    摘要:
    红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)为暖温性、广温性鱼类,低温的冬季海水会对其生存造成很大影响,因此,选育具有抗寒性状的品系对其产业发展具有重要意义。本研究在利用QTL (quantitative trait locus)定位分析筛选出6个与红鳍东方鲀耐低温相关的候选基因(tacc2、fsip1、exoc4、arhgap44a、pde10a和unc5b)的基础上,通过Real-time PCR检测这6个基因在低温胁迫下在肝脏、心脏和肾脏中表达量的变化。实验用鱼为课题组建立的同一家系的8月龄鱼,共设置3个温度梯度(8 ℃、13 ℃和18 ℃),8 ℃和13 ℃为低温组,18 ℃为对照组。结果显示,6个基因在不同温度下的3个组织中均有不同程度的表达。其中,pde10a基因在3个组织中的表达均呈先升高后下降的趋势;tacc2和exoc4基因在8 ℃组肝脏、肾脏以及心脏中的表达分别呈先下降再趋于稳定、先升高再趋于稳定和先上升后下降的趋势;unc5b基因在肝脏和心脏中的表达量较低,在低温组实验前期的肾脏中呈现高表达;arhgap44a基因在肝脏中的表达呈上升趋势,在心脏和肾脏中整体表达无明显变化;fsip1基因在肝脏中的表达呈下降趋势,在心脏和肾脏中的表达呈先上升后下降的趋势。这6个基因在红鳍东方鲀组织中均随着时间和温度变化具有差异性表达,在低温胁迫下呈现积极响应,表明这6个QTL候选基因在红鳍东方鲀低温适应中具有潜在的重要作用。本研究可为红鳍东方鲀耐低温相关信号通路研究以及耐低温品种选育提供理论依据。
    3  鳞头犬牙南极鱼LeptinB基因在抵御低温应激中的作用
    万金铭,王映,陈良标
    2023, 44(6):97-106. DOI: 10.19663/j.issn2095-9869.20230418001
    [摘要](1208) [HTML](174) [PDF 4.57 M](3192)
    摘要:
    为了探究瘦素基因(LeptinB, LepB)在斑马鱼肝脏细胞系(ZFL)低温应激中的作用,本研究根据鳞头犬牙南极鱼(Dissostichus mawsoni) LepB基因(DM-LepB)编码的氨基酸序列,克隆到构建的pTOL2-actin-EGFP质粒中(启动子为斑马鱼的β-actin)。选取EcoRⅠ和BamHⅠ为限制酶,设计构建了pTOL2-LepB+HIS-EGFP表达载体,并转染至ZFL细胞中。选择致死温度10 ℃进行实验,采用流式细胞术检测了低温胁迫下细胞的存活率,使用增强型CCK-8试剂盒检测了低温条件下细胞的生长增殖情况,使用荧光探针DHE检测了细胞活性氧(ROS)含量。结果显示,LepB基因的过表达能有效减少细胞ROS的产生,减轻细胞凋亡以应对低温胁迫。分析还显示,DM-LepB的过表达也有利于维持低温刺激下的胞内ATP水平与线粒体状态,有效减轻低温刺激对细胞的凋亡和坏死作用,对细胞冷应激起到保护作用。采用油红O染色和甘油三酯(TG)实验检测发现,DM-LepB基因能减缓低温刺激时细胞脂质的消耗,较多的脂质保留可减弱低温刺激对细胞的伤害,使得细胞能更好地抵抗低温损害。研究结果为揭示南极鱼类的低温适应分子机制提供了基础资料。
    4  马氏珠母贝Rab7基因序列特征及其与耐低温性状的关系
    宋欣霖,杨佳雯,韩书雅,赖卓欣,王庆恒,邓岳文
    2023, 44(6):155-165. DOI: 10.19663/j.issn2095-9869.20220713001
    [摘要](1443) [HTML](190) [PDF 955.01 K](2414)
    摘要:
    Rab蛋白是膜泡运输过程中的重要调节因子,在囊泡运输和水产动物的免疫应答中行使重要功能。本研究鉴定了马氏珠母贝(Pinctada fucata martensii)的Rab7基因(Pm-Rab7),分析了Pm-Rab7在6个组织中及在温度胁迫(低温组17 ℃、对照组22 ℃、高温组32 ℃)下的表达模式,筛选和比较分析了马氏珠母贝耐低温选育系(low temperature resistant line, R) F3和北部湾野生群体(Beibu Gulf wild population, W)的Pm-Rab7外显子区的SNP位点。结果显示,Pm-Rab7序列全长为1 153 bp,5′端、3′端和开放阅读框(ORF)序列长度分别为30、505和618 bp,共编码205个氨基酸;Pm-Rab7具有一个RAB保守结构域,并与太平洋牡蛎(Crassostrea gigas)相似度最高(92.79%)。系统进化树结果显示,Pm-Rab7与太平洋牡蛎等软体动物聚为一支。Pm-Rab7在所检测的组织都有表达,其中在性腺和鳃中的表达显著高于外套膜和肝胰腺等组织(P<0.05)。Pm-Rab7温度胁迫后时序表达分析发现,在17 ℃低温组,Pm-Rab7的表达量呈先上升再下降的趋势,在6 h~3 d内均显著高于22 ℃对照组(P<0.05),在1 d时达到峰值;在32 ℃高温组,Pm-Rab7表达量总体稳定,仅12 h时显著高于对照组(P<0.05),其他时间点与对照组无显著差异(P>0.05);说明该基因的表达与马氏珠母贝对低温胁迫的响应密切相关。Pm-Rab7基因的外显子区域在马氏珠母贝耐低温选育系和北部湾野生群体中共检测到7个SNP位点,其中3个位点的基因型频率在2个群体间具有显著性差异,说明这些位点可能与其耐低温性状相关。结果表明,Pm-Rab7可能在马氏珠母贝耐低温适应过程中发挥重要作用,研究结果可为深入探讨马氏珠母贝对温度变化的环境适应性研究提供参考资料。
    5  低温胁迫对云纹石斑鱼(♀)×鞍带石斑鱼(♂)杂交后代血清生化指标的影响
    邵彦翔 陈 超 李炎璐 张梦淇 陈建国 庞尊方
    2017, 38(2):70-76. DOI: 10.11758/yykxjz.20160103001
    [摘要](4812) [HTML](180) [PDF 638.59 K](3903)
    摘要:
    选取云纹石斑鱼(Epinephelus moara♀)×鞍带石斑鱼(E. lanceolatus♂)的杂交种(俗称云龙石斑鱼)为研究对象,设定20℃、16℃、15℃、13℃和10℃共5个温度梯度(20℃为对照组),从20℃开始,采取1℃/d的降温速率,对其进行低温胁迫实验,并对云龙石斑鱼血清中生化指标和代谢酶活力进行检测。同时对棕点石斑鱼(E. fuscoguttatus♀)和鞍带石斑鱼(♂)的杂交种(俗称珍珠龙胆石斑鱼)、斜带石斑鱼(E. coioides♀)×鞍带石斑鱼(♂)的杂交种(俗称青龙石斑鱼)进行低温胁迫,每天记录3种杂交石斑鱼的存活率。当存活率低于50%时,记录半致死温度。结果显示,云龙石斑鱼半致死温度为8℃,珍珠龙胆石斑鱼的半致死温度为11℃,青龙石斑鱼的半致死温度为9.5℃。云龙石斑鱼血清中肌酐(CREA)含量和总胆固醇(T-CHO)含量随低温胁迫强度增加呈先降低后上升的趋势,血清甘油三酯(TG)含量呈现波动,在15℃和10℃时与对照组比较,出现显著性差异(P<0.05)。血清葡萄糖(GLU)含量随胁迫强度的增加呈现波动,在16℃和13℃时与对照组之间有显著性差异(P<0.05)。碱性磷酸酶(AKP)活性在16℃时有所升高,但整体上与对照组无显著性差异(P>0.05)。过氧化氢酶(CAT)活性呈现波动,除13℃以外,其余各组均与对照组有显著性差异(P<0.05)。血清中谷草转氨酶(GOT)的活性在13℃和16℃时略高于对照组。谷丙转氨酶(GPT)活性呈现先升后降的趋势,在16℃和15℃时,与对照组差异显著(P<0.05)。结果表明,3种杂交石斑鱼中,云龙石斑鱼最耐受低温;低温胁迫会导致幼鱼免疫力和抗氧化能力下降,实际生产中仍应降低胁迫强度和缩短胁迫时间。
    6  低温胁迫条件下中国明对虾生长性状和耐低温性状的遗传参数评估
    王明珠 孟宪红 孔 杰 曹家旺 王 军 冯亚萍 强光峰
    2018, 39(3):96-102.
    [摘要](2918) [HTML](188) [PDF 448.19 K](2748)
    摘要:
    本研究采用室内人工降温的方式,对69个中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)家系共1327尾成虾进行了耐低温实验,测定其生长和耐低温性状;并利用混合模型方程,通过平均信息约束极大似然法进行遗传力和遗传相关估计。采用2种动物模型对中国明对虾成虾低温下体重、体长的遗传力进行评估,模型1加入了共同环境效应,模型2没有加入共同环境效应。由模型1获得的体重、体长的遗传力分别为(0.206±0.177)、(0.187±0.179),由模型2获得的体重、体长的遗传力分别为(0.317±0.065)、(0.298±0.063),均为中低等遗传力。经似然比检验体重、体长在模型1和模型2间的似然比值均无显著差异(P>0.05),表明模型1和模型2之间无显著差异,模型2为较优遗传模型。以半致死时的存活状态作为耐低温性状指标,遗传力为(0.169±0.078),为低等遗传力。低温下体重、体长之间的表型和遗传相关分别为(0.823±0.010)和(0.969±0.018),为高度正相关;低温下体重、体长与半致死时的存活状态的表型相关分别为(0.187±0.030)和(0.218±0.030),为低度正相关;而遗传相关分别为(0.517±0.205)和(0.538±0.203),为中度正相关。本研究表明,对生长性状进行的选育不会降低其耐低温能力,中国明对虾耐低温性状可与生长性状进行共同复合选育。
    7  低温驯化下斑马鱼LINE1的表达检测
    陶筱帆,谢婷婷,李小霞,罗军涛,白雅静,韩兵社,张俊芳
    2020, 41(3):88-93. DOI: 10.19663/j.issn2095-9869.20190226001
    [摘要](3122) [HTML](190) [PDF 776.06 K](3775)
    摘要:
    长散布核元件-1(Long spread nuclear element-1, LINE1)是跳跃基因。前期比较基因组研究发现,南极鱼经历漫长的低温适应进化后,与南极圈外的同亚目鱼类相比较,在基因水平上LINE1的扩增效率高达8~300倍,但LINE1的扩增与鱼类抵御寒冷之间的关系尚未明了。本实验对斑马鱼(Danio rerio)胚胎成纤维细胞ZF4进行了不同时间梯度的低温处理(18℃、5 d和18℃、30 d),同时对斑马鱼成鱼也进行了不同时间的低温处理(10℃, 3 h、6 h、1 d、3 d、5 d)。采用RT-qPCR检测了LINE1的mRNA水平,并克隆了斑马鱼LINE1基因启动子区,利用Luciferase双荧光报告系统,在ZF4细胞中验证LINE1 5UTR在低温压力下的生物活性。结果显示,短时间低温处理下,ZF4细胞中LINE1 mRNA水平有所降低,而在长时间低温处理中,LINE1的mRNA水平显著升高。在成鱼中,短时间低温处理下,LINE1 mRNA水平降低;长期低温处理下,LINE1 mRNA水平显著升高。在ZF4细胞中发现,LINE1 5UTR具有生物活性。在低温处理(18℃,3 d)下,报告基因信号减弱,间接表明LINE1启动子活性减弱。研究结果表明,低温压力会影响LINE1在鱼类中的表达。本研究为进一步探究LINE1在鱼类适应低温环境中的作用机制奠定了基础。
    8  低温胁迫对日本对虾抗氧化系统和细胞凋亡的影响
    于振兴,任宪云,邵慧鑫,刘萍,李健
    2022, 43(2):157-166. DOI: 10.19663/j.issn2095-9869.20210108001
    [摘要](1853) [HTML](175) [PDF 1.88 M](3394)
    摘要:
    日本对虾(Marsupenaeus japonicus)适宜生长温度为23℃~32℃,由于北方地区冬季温度较低,严重影响日本对虾养殖周期,因此,培育耐低温的新品种非常重要。将(14.24±1.12) g的日本对虾暴露于10℃、16℃、22℃水体中72 h,以28℃水体中的对虾为对照组。结果显示,对虾鳃和肝胰腺的总抗氧化能力、超氧化物歧化酶(SOD)活性、还原型谷胱甘肽含量总体分别呈先下降后升高再降低的变化趋势,而丙二醛含量、天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶3 (Caspase-3)活性一直呈上升趋势;SOD和Caspase-3基因的相对表达量分别呈先下降后升高再降低和持续升高的趋势,与各自对应的酶活变化趋势相似。TUNEL检测发现,随胁迫时间的延长,机体细胞凋亡率显著增加,其中,对照组、3 h 10℃组和72 h 10℃组鳃组织细胞凋亡率分别为2.03%、6.20%和26.27%,肝胰腺细胞凋亡率分别为1.06%、25.65%和42.33%。综上所述,低温胁迫降低了日本对虾的抗氧化能力,破坏了内环境原有的平衡,进而导致机体出现氧化损伤。本研究可为耐低温新品种的培育提供参考。
    9  2种养殖模式对鲍营养成分与低温胁迫响应的差异比较
    王英朴,李加琦,薛素燕,马占飞,常丽荣,卢龙飞,张义涛,毛玉泽
    2023, 44(5):202-210. DOI: 10.19663/j.issn2095-9869.20220310003
    [摘要](1438) [HTML](183) [PDF 706.86 K](2356)
    摘要:
    为研究不同养殖模式中的皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai Ino)的营养成分与低温胁迫响应的差异,采用南北接力养殖鲍和北方底播养殖鲍作为研究对象,于2021年9月取样测量了肌肉组织中的总糖、蛋白质、有机物总量和氨基酸含量等营养成分和低温胁迫下的耗氧率和心率等生理指标。结果显示,底播养殖个体的总糖含量为(3.20±0.00)%、有机物总量为(27.60±3.70)%、必需氨基酸含量为(4.19±0.09)%,均显著高于南北接力养殖的个体(P<0.05)。低温胁迫条件下,南北接力养殖和底播养殖个体的耗氧率分别为(0.017±0.006)和(0.018±0.009) mg/(g·h),无显著差异(P>0.05);然而,底播养殖个体的心率为(12.82±1.72) BPM,显著低于接力养殖个体[(18.11±2.79) BPM] (P<0.05)。研究表明,不同养殖模式显著影响皱纹盘鲍养殖个体的营养价值及其响应低温胁迫的生理过程,底播养殖个体有着更高的营养价值和低温耐受能力。此外,心率可作为高敏感性的指标应用于研究鲍等贝类响应低温胁迫的生理机制。