光照强度对珍珠龙胆石斑鱼和卵形鲳鲹免疫反应和代谢的影响

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光照强度是水产养殖过程中重要的外部环境因子,直接或间接对养殖物种的生长、免疫反应和代谢活动等产生影响。珍珠龙胆石斑鱼(Epinephelus fuscoguttatus(?)×Epinephelus lanceolatus(?))和卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)均是东南亚地区及中国南方的重要养殖鱼种,抗逆性较强,具有大规模养殖和深远海养殖的潜力。在此之前,探究光强对两种鱼免疫和代谢的影响是十分必要的。本研究使用三种光照强度(10 lx、250 lx和1250 lx)对珍珠龙胆石斑鱼和卵形鲳鲹进行胁迫,从基因水平和代谢物水平两方面进行探究:一是构建转录组文库,挖掘其中显著变化的免疫基因并将其提交至KEGG数据库进行通路的富集,通过荧光定量PCR检测目的基因表达水平、比色法测定酪氨酸酶活性以及液相色谱-质谱联用(LC-MS/MS)技术对黑色素进行定量,以阐明黑色素合成等免疫通路在石斑鱼和卵形鲳鲹应对光照胁迫免疫反应中的重要作用。二是构建代谢组文库,挖掘差异显著的代谢产物,准确鉴定后进行聚类分析和KEGG代谢通路富集,以阐明光照胁迫对石斑鱼和卵形鲳鲹生理代谢的影响。以上研究可总体评估石斑鱼和卵形鲳鲹对不同光强胁迫的免疫反应和生理代谢变化,为深远海及大规模养殖中环境参数的设置提供参考。研究结果如下:1、光照强度对珍珠龙胆石斑鱼免疫反应和代谢的研究。高光强和低光强胁迫对珍珠龙胆石斑鱼生长率和存活率均无显著影响。转录组分析表明,与对照组(250 lx组)相比,1250 lx组中筛得1697个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),包含82个免疫相关基因,其中表达量上调的有9个基因,下降的有73个基因。差异表达的免疫基因主要富集在JAK-STAT信号通路、NF-κB信号通路、TNF信号通路、Toll样受体通路和抗原处理和递呈等通路。这说明高光胁迫可能通过上述信号通路抑制珍珠龙胆石斑鱼的免疫水平,从而避免在长期的高光胁迫下出现强烈应激反应。而10 lx组筛得103个DEGs,包含11个免疫相关基因,其中表达量上调的有9个基因,下降的有2个基因。这表明低光胁迫轻度激活了珍珠龙胆石斑鱼的免疫反应。值得注意的是,在高光组富集的免疫相关通路中,只有黑色素合成通路的大部分基因显著上调,因此我们对珍珠龙胆石斑鱼黑色素合成进行深入探究。结果发现高光胁迫显著提高了皮肤中Mitf,Tyr和Tyrp1的表达量、酪氨酸酶活性以及黑色素合成量,并使其体色明显变深,这说明高光胁迫是通过激活经典的黑色素合成通路(Creb2-Mitf-Tyr-Tyrp1通路)来影响珍珠龙胆石斑鱼黑色素合成,黑色素合成水平的提高可能是其抵御高光强产生的危害的重要手段。低光胁迫显著促进了石斑鱼Creb2和Tyr的表达,但对酪氨酸酶活性和黑色素合成量没有显著影响。代谢组分析表明1250 lx组中筛得59种差异代谢物(differential metabolites,DMs),主要富集在蛋白质合成和氨基酸代谢过程。精氨酸、酪氨酸、亮氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸含量显著上升,说明氨基酸代谢可能受到抑制,进而影响蛋白质合成。低光组筛得44个DMs,富集分析表明低光强对碳水化合物代谢和脂质代谢有一定的抑制作用,扰乱了部分氨基酸的合成与代谢,如精氨酸和苏氨酸。2、光照强度对卵形鲳鲹免疫反应和代谢的研究。对光照胁迫后卵形鲳鲹皮肤黑色素的研究表明,虽然高光强促进了Mc1r的表达,但同时抑制了Creb3和Tyr的表达;低光强则仅抑制了Creb3和Tyr的表达。另外,高光和低光胁迫对卵形鲳鲹黑色素含量和体色均无显著影响。这说明黑色素合成并没有参与卵形鲳鲹应对光照胁迫的免疫反应中。对光照胁迫后肝脏转录组的分析表明,与对照组相比,1250 lx组中筛得23个免疫相关DEGs,主要富集在补体和凝血级联、金黄色葡萄球菌感染、JAK-STAT通路、TNF信号通路、MAPK信号通路和Toll样受体信号通路等,其中20个DEGs显著下调,3个显著上调,且荧光定量PCR也证实转录组测序的准确性。非特异性免疫酶活分析发现,高光强显著抑制了卵形鲳鲹超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性。这说明高光胁迫显著抑制了卵形鲳鲹的免疫反应。另一方面,10 lx组筛得20个免疫相关DEGs,富集到MAPK信号通路、JAK-STAT信号通路和Toll样受体信号通路等,但免疫相关基因变化趋势不一致,有12个基因显著下调,8个基因显著上调。非特异性免疫酶活分析发现,低光强对其SOD和CAT活性无显著影响。以上结果说明高光胁迫通过经典免疫信号通路抑制了卵形鲳鲹的免疫反应,而低光胁迫对免疫反应没有显著影响。代谢组分析显示1250 lx组筛得55种DMs,主要富集在碳水化合物代谢过程,表现为促进葡萄糖生成和抑制丙酮酸代谢和牛磺酸合成。而10 lx组中得到102种DMs,富集分析结果表明低光胁迫对卵形鲳鲹的氨基酸代谢影响较大,如β-丙氨酸代谢、酪氨酸代谢、L-谷氨酸代谢等通路,同时还显著抑制了多种脂肪酸的合成。该结果表明高光胁迫可能会影响卵形鲳鲹的营养代谢和免疫功能,而低光胁迫下鱼体通过降低新陈代谢速率来适应低光环境。
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