Crassostrea hongkongensis 对高降水量引起的自然低盐度胁迫的转录响应

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》:Transcriptional responses of Crassostrea hongkongensis to natural hyposalinity stress induced by high precipitation

【字体: 时间:2026年02月17日 来源:Estuarine, Coastal and Shelf Science 2.6

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  香港后几种牡蛎自然低盐胁迫下转录组响应及关键代谢通路与生物标志物研究,揭示其通过赖氨酸/脯氨酸生物合成、酪氨酸分解代谢和异喹啉生物碱合成途径适应环境变化,发现吲哚衍生物和苯丙氨酸途径中间产物作为生物标志物,为气候变化下的贝类养殖提供理论支撑。

  
孔罗|闫月玉|邵文佳|黄雷恒|李泽鑫|谭卡松
广西海洋科学学院,广西北部湾海洋环境灾害过程与生态保护技术重点实验室,北部湾大学北部湾海洋发展研究中心,中国广西钦州市北部湾海洋生态环境野外观测与研究站

摘要

Crassostrea hongkongensis 是养殖最广泛的咸水牡蛎品种,然而低盐度环境仍然是其水产养殖中不可避免的挑战。尽管最近的研究已经探讨了 C. hongkongensis 在受控条件下对盐度胁迫的转录反应,但实验室环境难以完全模拟自然环境的变化,长期适应人工条件可能会改变双壳类动物的生理反应。为了解决这一难题,本研究旨在探索 C. hongkongensis 在自然环境中对低盐度的转录组响应。结果表明,C. hongkongensis 对由高降雨引起的自然低盐度条件的转录组响应主要涉及三条代谢途径:精氨酸/脯氨酸生物合成、酪氨酸分解代谢和异喹啉类生物碱的产生。与代谢中间体相关的差异表达基因包括吲哚衍生物(如吲哚、L-色氨酸和3-吲哚基-甘油磷酸)和莽草酸途径成分(如莽草酸3-磷酸和5-O-(1-羧基乙烯基)-3-磷莽草酸),这些基因可以作为 C. hongkongensis 暴露于低盐度的可靠生物标志物。这些结果不仅揭示了 C. hongkongensis 在自然环境中对低盐度响应的转录组特征,还为发展可持续的双壳类水产养殖实践和渔业资源保护策略提供了有用的信息。

引言

双壳类水产养殖是一种可持续且环保的动物蛋白来源,具有较低的碳足迹(Zhang et al., 2025a)。双壳类动物提供高质量的动物蛋白,富含氨基酸(Song et al., 2024a)和多不饱和脂肪酸(Tan et al., 2023; Zhang et al., 2025b),每年贡献约8.1万吨必需氨基酸和2.6万吨多不饱和脂肪酸(Tan et al., 2025a; Zhang et al., 2025c)。软体动物养殖,尤其是牡蛎养殖,在水生动物蛋白生产中发挥着越来越重要的作用,2022年占总水产养殖产量的20%(Food and Agriculture, 2024)。在牡蛎中,三种品种占主导地位:两种海洋牡蛎(太平洋牡蛎 Crassostrea gigas 和葡萄牙牡蛎 C. angulata)以及一种咸水牡蛎(香港牡蛎 C. hongkongensis)。
C. hongkongensis 是一种具有商业价值的牡蛎品种,原产于中国南部的河口生态系统。由于其生长迅速和营养价值高,C. hongkongensis 的养殖规模显著扩大,目前占中国牡蛎养殖产量的约30%(中国渔业统计年鉴,农业农村部,2024;Tan et al., 2024)。C. hongkongensis 能够耐受广泛的盐度范围(5至33 ppt),最佳生长盐度约为20 ppt(Li et al., 2024)。然而,极端降水事件(由气候变化引起)会导致河口盐度剧烈波动。低盐度已成为影响双壳类动物生存、生长和免疫功能的关键压力因素(Chen et al., 2022; Song et al., 2024b; Yao et al., 2025)。
近年来,使用人工海水在实验室中评估了 C. hongkongensis 对盐度变化的分子响应,以阐明其分子适应机制,特别是渗透调节途径,从而为保护策略和可持续水产养殖实践提供依据(Xiao et al., 2018; Ibrahim et al., 2023; Li et al., 2024; Yan et al., 2024)。总体而言,这些研究表明,C. hongkongensis 对高盐度(30至35 ppt)的响应是通过上调参与信号传导和代谢过程的基因来实现的,而对低盐度(5至6 ppt)的响应则是通过上调与渗透调节相关的基因来实现的,无论是通过牛磺酸和低牛磺酸代谢及苯丙氨酸代谢(Ibrahim et al., 2023),还是通过囊泡介导的运输和金属离子结合(Yan et al., 2024),或是通过组氨酸、精氨酸和脯氨酸代谢(Xiao et al., 2018; Li et al., 2024)。尽管已知在受控实验中的分子响应,但在自然环境中使该物种能够适应盐度突然下降的具体分子机制和转录途径尚未完全阐明。
虽然基于实验室的研究提供了基础性的见解,但其生态相关性受到人工条件和预适应样本使用的限制。为了解决这一限制,我们分析了 C. hongkongensis 对高降雨引起的自然低盐度的转录响应,以确定环境适应的分子机制。我们的发现揭示了在生态学上真实的低盐度压力下激活的分子途径,为双壳类动物的应激生理学提供了基本见解,并为沿海资源管理提供了实际应用。理解这些响应有助于识别潜在的应激抗性生物标志基因,并支持在气候变化背景下改进水产养殖场管理策略的发展。

研究区域和样本采集描述

本研究在位于中国茂威海的一个 C. hongkongensis 养殖场进行,该养殖场持续接受来自清洲江的淡水输入(21.85° N; 108.60° E)(图1)。茂威海的平均水温约为22°C,盐度约为12 ppt(Meng et al., 2016)。采样时间分别为2023年9月(降雨量180-220 mm,降雨天12-15天;低盐度组(L组))和2023年10月(降雨量80-120 mm,降雨天6-9天;对照组)

环境和形态测量参数

2023年9月和10月 C. hongkongensis 养殖场的环境参数以及采样 C. hongkongensis 的形态测量参数总结在表1中。2023年9月 C. hongkongensis 养殖场的盐度(3.30 ± 0.11 ppt)显著低于10月(15.10 ± 0.21 ppt)(P < 0.05)。其他环境参数(温度、叶绿素-a、溶解氧和pH值)和 C. 的形态测量参数之间没有显著差异(P > 0.05)

讨论

盐度是影响水生生物(包括双壳类动物)生理和生物学的重要环境因素(Song et al., 2024b; Tan et al., 2025b)。在本研究中,2023年9月茂威海经历了异常高的降雨量(136 mm)(广西壮族自治区政府,2024),导致 C. hongkongensis 养殖场的盐度降低至3.3 ± 0.11 ppt。因此,选择这个采样时间点作为自然

结论

总之,C. hongkongensis 在自然条件下因降雨增加而产生的低盐度响应主要涉及精氨酸和脯氨酸代谢、酪氨酸代谢以及异喹啉类生物碱的生物合成。关键生物标志物包括吲哚衍生物和莽草酸途径中间体,这些反映了渗透调节和免疫适应。这些发现增强了我们对牡蛎在气候变化中适应能力的理解,并为

CRediT作者贡献声明

孔罗:概念构思、研究设计、方法论、项目管理、初稿撰写。闫月玉:验证、数据可视化、初稿撰写。邵文佳:研究设计、方法论、项目管理。黄雷恒:研究设计、方法论、项目管理。李泽鑫:研究设计、方法论、项目管理。谭卡松:概念构思、资金获取、监督、验证、数据可视化、审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了广西自然科学基金(2023JJD150014)、广西壮族自治区“北部湾海洋发展研究中心”人文社会科学重点研究基地、广西青苗人才基金(24QMKYQD10)、北部湾大学高层次人才科研启动基金项目(23KYQD07)以及平陆运河和北部湾海岸生态系统观测与研究站的支持
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