氨氮和亚硝酸氮是养殖水体中主要的环境限制因子,在水产养殖过程中,随着集约化养殖的推广应用,导致水体氨氮和亚硝酸氮浓度升高,严重影响对虾的生长、蜕皮、代谢和排泄等正常生理功能,导致对虾对病原微生物抵抗力下降,进而引发疾病的爆发。尽管水体中高浓度的氨氮和亚硝酸氮对对虾有毒性影响,但仍有些对虾能够生存下来,它们可能存在某些特定的适应策略以应对氨氮和亚硝酸氮应激,然而其潜在的分子机制尚不明确。因此,本研究选用已选育出的凡纳滨对虾氨氮耐受(LV-AT)和敏感(LV-AS)家系,亚硝酸氮耐受(LV-NT)和敏感(LV-NS)家系为研究对象,基于转录组和代谢组测序分析耐受程度不同的家系在应对胁迫的代谢产物和基因表达的差异,并结合病理组织学和生理生化指标的差异,综合分析凡纳滨对虾氨氮和亚硝酸氮耐受机制,为氨氮和亚硝酸氮耐受品系的培育提供一定的分子基础。同时,通过与未处理的对照组(LV-C)相比较,综合解析凡纳滨对虾氨氮和亚硝酸胁迫产生的应激反应,以期为深入探究凡纳滨对虾氨氮和亚硝酸氮应激反应机制提供一定的理论基础,并为评估氨氮和亚硝酸氮对水生生物的环境影响提供分子水平的支持。本文主要研究结果如下:1.对氨氮胁迫后的凡纳滨对虾的肝胰腺和鳃进行转录组和代谢组分析,结果表明氨氮胁迫后肝胰腺和鳃中一系列参与免疫功能、抗氧化系统和细胞骨架的基因差异表达。KEGG pathway富集分析显示,差异表达基因(Differentially expressed genes,DEGs)富集于与免疫系统和氧化应激相关的通路,如溶酶体(Lysosome)、吞噬体(Phagosome)和内质网蛋白加工(Protein processing in endoplasmic reticulum)。代谢组学分析结果表明氨氮胁迫后,肝胰腺中氨基酸、核苷酸以及脂肪酸等代谢产物显著降低,另外,转录组测序结果还发现参与氨基酸代谢、核苷酸代谢以及脂肪酸代谢的基因异常表达。表明凡纳滨对虾氨氮应激反应涉及免疫功能、氧化应激、细胞骨架重构以及代谢等过程。2.通过比较氨氮胁迫后耐受家系LV-AT和敏感家系LV-AS肝胰腺和鳃组织转录和代谢产物的差异发现,参与糖酵解(Glycolysis)和三羧酸(Tricarboxylic acid,TCA)循环等能量过程的代谢产物在LV-AT中积累的较少,这可能与增强的能量代谢以提供更多的能量以适应氨氮应激有关。另外,氨氮胁迫后参与解毒和氨排泄的基因,如GST、UGTs、CYP450s、Rhg和NHE,在LV-AT中高表达,这些结果表明,与LV-AS相比,LV-AT有较高的氨排泄和解毒能力以及增强的能量代谢过程以提供足够的能量适应氨氮环境,这可能是LV-AT适应高浓度氨氮环境的策略。3.通过检测对虾不同亚硝酸氮胁迫时间点(0h,4 h,12 h,24 h,48 h,72 h和96h)的血蓝蛋白含量和抗氧化酶活性(T-SOD,T-AOC和CAT),发现亚硝酸氮胁迫后会显著降低血淋巴中血蓝蛋白含量,进而导致组织缺氧,同时亚硝酸氮胁迫诱导氧化应激进而会影响抗氧化系统的稳定。通过病理组织学检测发现,亚硝酸氮胁迫后肝胰腺和鳃中表现出明显的组织学损伤。通过分析亚硝酸氮胁迫后的肝胰腺的转录组和代谢组发现,参与免疫防御,细胞凋亡和细胞骨架的基因变化幅度最大,另外,还检测到一些参与代谢调控的基因以及氨基酸、核苷酸和脂肪酸代谢产物异常表达。4.基于q PCR分析亚硝酸氮胁迫48 h和96 h后,肝胰腺,鳃和肌肉组织中低氧诱导因子HIF-1α的表达水平,发现亚硝酸氮耐受家系LV-NT中其表达水平显著高于敏感家系LV-NS,这可能与LV-NT调节能量供应和气体交换以适应亚硝酸氮胁迫环境有关。另外,亚硝酸氮胁迫后,在LV-NT中还检测到一系列脂肪酸显著增加,包括单不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸,我们推测这些脂肪酸可能会激活防御系统,从而增强其对亚硝酸氮的耐受性。然而,这些脂肪酸应对亚硝酸氮胁迫的机制尚不清楚,值得我们进一步深入研究。5.通过比较亚硝酸氮胁迫后LV-NT和LV-NS鳃中转录产物差异发现,亚硝酸氮胁迫后,LV-NT中氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation,OXPHOS)通路和TCA循环中关键酶的基因表达显著上调,我们推测LV-NT可能通过调节能量代谢过程,以增加能量的产生应对亚硝酸氮应激。另一方面,与LV-NS相比,LV-NT有较高的亚硝酸氮耐受性可能与其先天免疫功能和内质网应激反应相关通路和基因显著上调有关,同样,我们还鉴定出来一些特异表达的DEGs,如GILT、KPI、Ferritin、CPB、FLP1、TXNDC11、SOD和COX等,可能参与亚硝酸氮应激保护过程。