海洋热浪对大珠母贝生理影响的初步研究

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随着气候变化,海洋热浪(Marine Heatwaves,MHWs)的发生频率、持续时间和强度都会增加,对海洋生态系统和渔业构成严重威胁。然而,MHWs对海洋贝类的影响在很大程度上仍然未知。因此,以北部湾沿海生态系统中最具生态和经济意义的贝类之一的大珠母贝(Pinctada maxima)作为研究对象,研究贝类在生理和分子水平上对短暂和反复发生的MHWs的响应。结果如下:(1)将水温从24℃快速上升到28℃、32℃和36℃,在3d的短期MHWs刺激后,大珠母贝的死亡率上升,尤其是在36℃死亡率100%。酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)、谷胱甘肽(GSH)酶的活性和丙二醛(MDA)的含量随着MHWs强度和持续时间的增加而显著增加,表明大珠母贝发生热应激反应。当MHWs反复发生时,与短期MHWs相比热应激得到缓解,表现为,大珠母贝的死亡率略有增加,ACP、AKP、GSH活性和MDA含量显著下降,表明P.maxima具有快速适应MHWs的潜力。(2)为探究对不同持续时间和频率的MHWs暴露后大珠母贝是否具有适应潜力,使用鳃组织进行RNA-seq研究。对DEGs的GO富集分析发现无论是短期还是长期MHWs暴露,实验组(28℃和32℃)和对照组(24℃)的DEGs主要富集到cellular component。KEGG富集分析发现,急性MHWs暴露后,DEGs主要富集到Protein processing in endoplasmic reticulum,长期MHWs暴露后DEGs主要富集到代谢和环境信息处理等相关信号通路。筛选出HSP70、HSP90、CRT、ATPase、ND5、Cat L、GST和UBC 8个与海洋热浪显著相关的基因进行表达验证,分析确认在急性海洋热浪刺激后,CRT、HSP70和HSP90的表达水平显著上调,且与温度呈正相关,在长期且反复海洋热浪暴露后,除了ATPase在整个实验阶段表达水平差异不显著,其他7个基因的表达量在恢复期和第二次海洋热浪期间都显著下调,且实验组和对照组差异不显著。因此,认为长期且反复发生的MHWs能够缓解大珠母贝的热应激。(3)开发了大珠母贝响应海洋热浪的生物标记物,使用RACE技术克隆了大珠母贝中HSP70和HSP90的全长c DNA,并使用实时荧光定量技术分析了Pm HSP70和Pm HSP90在不同持续时间和强度MHWs下的表达模式。组织表达结果显示,Pm HSP70和Pm HSP90在所有组织中都有表达,分别在鳃组织和肝胰腺中表达量最高。时序表达结果显示,在急性MHWs情景下,Pm HSP70和Pm HSP90在32和36℃中显著高表达。在反复发生的MHWs中,Pm HSP70和Pm HSP90的表达水平显著降低。证实了HSP70和HSP90对海洋热浪的敏感性和指示性。综上所述,大珠母贝在面对急性海洋热浪时,可以通过增加抗氧化相关酶的活性和上调HSPs等相关基因的表达来响应MHWs,长期且反复的MHWs刺激能够缓解这些热应激,这些发现加深了我们对海洋双壳类如何应对持续时间、频率和强度不同的MHWs的理解。
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