综合的生化和转录组分析揭示了虹鳟（Oncorhynchus mykiss）脾脏对中度和重度缺氧的渐进性响应机制

《Aquaculture International》：Integrated biochemical and transcriptomic profiling reveals the graded response mechanisms of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) spleen to moderate and severe hypoxia

虹鳟鱼脾脏在中等（4.5 mg/L）和重度（3.0 mg/L）缺氧下的生化及转录组分析显示，抗氧化酶（T-AOC、T-SOD等）和免疫酶（AKP、ACP）活性显著下降，MDA含量升高，复氧后酶活性逐渐恢复。转录组分析鉴定5766个差异表达基因（DEGs），富集于B细胞受体信号、糖酵解/糖异生等通路，揭示hif-1α、acly等基因参与缺氧应答。动态表达表明中度缺氧下hif-1α、acly等基因上调，而aldoa、ldha下调；重度缺氧则涉及更多代谢基因（如pk、g6pc）上调。

摘要

缺氧严重威胁着鱼类的生存和生长，从而极大地限制了水产养殖的发展。虹鳟（Oncorhynchus mykiss）对缺氧极为敏感，但虹鳟脾脏在不同缺氧程度下的调节机制尚未明确。在这项研究中，我们分析了中度缺氧（溶解氧浓度：4.5 ± 0.1 mg/L）和重度缺氧（溶解氧浓度：3.0 ± 0.1 mg/L）对虹鳟脾脏生化参数的影响，观察了多个时间点（4小时、8小时、12小时、24小时、1个月以及重新充氧12小时和24小时）的变化。此外，我们还比较分析了中度缺氧和重度缺氧12小时时以及正常氧条件下的转录组变化。抗氧化酶（T-AOC、T-SOD、GOT、GPT、CAT）和免疫相关酶（AKP、ACP）的活性在中度和重度缺氧条件下显著下降，而MDA的含量显著增加。重新充氧后，抗氧化酶的活性逐渐恢复，MDA的含量也逐渐降低。一个月的中度缺氧导致GOT、GPT和T-SOD的活性显著下降，而AKP和T-AOC的活性以及MDA的含量显著增加。相比之下，一个月的重度缺氧导致AKP、CAT、GOT和T-SOD的活性显著下降，同时ACP、T-AOC的活性以及MDA的含量显著升高。转录组分析共鉴定出5766个差异表达基因（DEGs）。在分子水平上，许多与缺氧、免疫和代谢相关的基因（包括 hif-1α、acly、egln1/2/3、fn1、fn1a、cd22、ccl7、ccl36.1、cd209a、cd209d、ighv3-43、ighv4-39、igkv1-37、igkv4-1、ldha、plpp2、plpp3、aldoa、pk、g6pc、eno1a、acaca、pfkfb3 和 pfkpa）的表达发生了显著变化。这些基因主要富集在B细胞受体信号通路、糖酵解/糖异生通路和Notch信号通路中，表明它们在虹鳟应对缺氧应激中起着关键作用。对缺氧相关基因动态表达的分析显示，在中度缺氧条件下，hif-1α、acly、egln2、plpp3、fn1 和 cd22 的表达上调，而 aldoa 和 ldha 的表达下调，并在重新充氧过程中恢复到基线水平。在重度缺氧条件下，egln1、egln2、egln3、aldoa、plpp3、pk、g6pc 和 eno1a 的表达上调，重新充氧后其表达恢复到基线水平。这些结果有助于我们更好地理解虹鳟在缺氧应激下的分子机制。

缺氧严重威胁着鱼类的生存和生长，从而极大地限制了水产养殖的发展。虹鳟（Oncorhynchus mykiss）对缺氧极为敏感，但虹鳟脾脏在不同缺氧程度下的调节机制尚未明确。在这项研究中，我们分析了中度缺氧（溶解氧浓度：4.5 ± 0.1 mg/L）和重度缺氧（溶解氧浓度：3.0 ± 0.1 mg/L）对虹鳟脾脏生化参数的影响，观察了多个时间点（4小时、8小时、12小时、24小时、1个月以及重新充氧12小时和24小时）的变化。此外，我们还比较分析了中度缺氧和重度缺氧12小时时以及正常氧条件下的转录组变化。抗氧化酶（T-AOC、T-SOD、GOT、GPT、CAT）和免疫相关酶（AKP、ACP）的活性在中度和重度缺氧条件下显著下降，而MDA的含量显著增加。重新充氧后，抗氧化酶的活性逐渐恢复，MDA的含量也逐渐降低。一个月的中度缺氧导致GOT、GPT和T-SOD的活性显著下降，而AKP和T-AOC的活性以及MDA的含量显著增加。相比之下，一个月的重度缺氧导致AKP、CAT、GOT和T-SOD的活性显著下降，同时ACP、T-AOC的活性以及MDA的含量显著升高。转录组分析共鉴定出5766个差异表达基因（DEGs）。在分子水平上，许多与缺氧、免疫和代谢相关的基因（包括 hif-1α、acly、egln1/2/3、fn1、fn1a、cd22、ccl7、ccl36.1、cd209a、cd209d、ighv3-43、ighv4-39、igkv1-37、igkv4-1、ldha、plpp2、plpp3、aldoa、pk、g6pc、eno1a、acaca、pfkfb3 和 pfkpa）的表达发生了显著变化。这些基因主要富集在B细胞受体信号通路、糖酵解/糖异生通路和PI3K-Akt信号通路中，表明它们在虹鳟应对缺氧应激中起着关键作用。对缺氧相关基因动态表达的分析显示，在中度缺氧条件下，hif-1α、acly、egln2、plpp3、fn1 和 cd22 的表达上调，而 aldoa 和 ldha 的表达下调，并在重新充氧过程中恢复到基线水平。在重度缺氧条件下，egln1、egln2、egln3、aldoa、plpp3、pk、g6pc 和 eno1a 的表达上调，重新充氧后其表达恢复到基线水平。这些结果有助于我们更好地理解虹鳟在缺氧应激下的分子机制。