基于全转录组学和代谢组学分析虾夷扇贝响应高静水压力的分子机制研究

作     者：范琛革 

作者单位：大连海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：常亚青

授予年度：2024年

学科分类：0908[农学-水产] 09[农学] 

主      题：虾夷扇贝 高静水压力 转录组学 全转录组学 代谢组学 

摘      要：有研究表明,浅海生物为了躲避高温,被迫开始向深海低温区域迁徙,高静水压力是制约浅海生物向深处迁徙的主要环境因素。同时在深海环境中,发现了许多原本生活在浅海区的生物,通过对其研究发现,深海物种未产生新的基因,而是利用与浅海物种同源的基因组来适应深海环境。研究虾夷扇贝(Pationopecten yessoensis)在高静水压环境中的分子机制研究,可以为浅海生物适应深海环境的分子机制提供一定的研究资料。主要研究内如如下:(1)对虾夷扇贝闭壳肌、鳃、外套膜三个组织的转录组测序,不同组织应对高静水压力的生理过程有所不同。闭壳肌作为扇贝贝壳开关的主要器官,在高压环境中与能量相关的通路显著表达,例如聚糖降解、糖胺聚糖降解、酪氨酸代谢通路。鳃在高压环境中与基因调控相关的过程显著富集,例如DNA结合转录因子活性、序列特异性DNA结合、启动子特异性染色质结合、DNA去甲基化的负调控。但在不同组织中,与环境信息处理和细胞凋亡相关的生物过程均显著表达,尤其是热休克蛋白和抗凋亡蛋白在多种免疫通路中显著表达,例如抗原处理和呈递、MAPK信号通路、多种长寿调节途径、内质网的蛋白质加工、NF-k B信号通路、NOD样受体信号通路。说明虾夷扇贝会通过增加能量代谢来应对高压胁迫,同时体内的蛋白质在高压环境中错误折叠,激发信号传导,触发细胞凋亡过程,从而导致虾夷扇贝体内稳态失衡死亡。(2)基于虾夷扇贝外套膜全转录组的差异表达基因分析结果显示,从中筛选出了43个差异表达的miRNAs、687个lncRNAs和21个CircRNAs。显著差异表达的miRNAs包括aga-mi R-184、ame-mi R-2b-5p、bta-mi R-2478、mmu-mi R-133a-3p等,其中多种miRNA与免疫相关。差异表达的lncRNAs靶基因在KEGG中富集于能量代谢过程、NF-k B信号通路,推测其在虾夷扇贝的能量代谢、先天免疫和细胞凋亡中发挥作用。而差异表达的CircRNAs源基因的GO和KEGG分析结果显示,与细胞信号传导和炎症调节过程显著富集,表明CircRNA可能在细胞内外信号交换和维持细胞内稳态中起作用。通过竞争性内源RNA调控关系,预测出13条lncRNA-miRNA-mRNA和29条circRNA-miRNA-mRNA关联互作网络。(3)通过虾夷扇贝外套膜的非靶向代谢组分析结果,共鉴定出67个差异代谢物,其中脂类和类脂类衍生物种类最多。虾夷扇贝会通过消耗自身的能量应对高压环境,AMP作为生物体低能量状态的标志代谢物,在本实验中含量显著增加,可以激活AMP活化蛋白酶,促进葡萄糖和脂肪酸的摄取和氧化,影响m TOR和Fox O信号通路,调节体内能量代谢水平。脂类和类脂类衍生物在代谢组分析中种类最多,主要的通路集中在花生四烯酸代谢、α-亚麻酸代谢、甘油磷酸代谢,功能多集中在细胞膜的不饱和脂肪酸组成和膜间信号传导,提高细胞膜的流动性。肌醇、牛磺酸、肾上腺素被富集在神经系统相关的通路中。说明高压环境中的虾夷扇贝能量被大量消耗、细胞膜流动性降低,神经系统受损,从而导致其无法在高压环境中长时间存活。