光因子对方斑东风螺早期生活史影响效应及机制解析

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方斑东风螺(Babylonia areolata)是我国南方重要的特色养殖贝类,在广东、广西、福建和海南养殖面积逐年扩大。然而,在东风螺产业发展过程中,由于养殖技术落后,养殖品种混杂、缺乏优良种质,加之养殖环境恶化等原因造成种苗供应不足,更是缺乏成活率高、生长快速的优良种苗。在东风螺养殖过程中,由于缺乏对环境因子的有效控制,造成幼虫培育成功率低,稚螺养成时间慢以及成体养殖期病害频发等不利于产业发展问题。本实验主要以光因子为主要调控因子,研究其对方斑东风螺早期生活史中胚胎发育和幼体生长的影响情况,同时结合生理生化指标变化规律和转录组学分析其影响机制。其研究结果如下:1.光因子对方斑东风螺胚胎和幼虫发育的影响为研究光因子对方斑东风螺胚胎受精孵化过程的影响,采用析因实验设计法研究不同光条件对方斑东风螺胚胎发育过程中受精率(FR)、孵化率(HR)和变态率(MR)的影响,建立回归模型,优化光条件,找到利于胚胎发育的最佳光质、光强和光周期。结果显示:不同光质条件下,光照强度和光周期一次效应、交互效应和二次效应均成显著水平(P<0.05),三者存在互作效应;在绿光条件下,光照强度为13.70μmol·m-2·s-1,光照时间为15.54 h时,其FR、HR和MR达到最优值,其值分别为91.36%、88.64%和92.02%,优化后绿光促进东风螺胚胎发育效果最为明显,其次是红光和白光(P<0.05);在蓝光条件下,其光照强度和光周期任意组合水平下FR、HR和MR与其它光质比较均较低(P<0.05),且随着光照强度增加和光照时间延长,三项指标值下降越明显,因而表明蓝光对胚胎发育起到抑制作用。2.光照强度和光质对方斑东风螺生长、消化和代谢的影响为了确定方斑东风螺的最佳光照条件,我们研究了不同光质(蓝光、白光、绿光和红光)和光照强度(0,2~32μmol·m-2·s-1)对方斑东风螺稚螺生长以及消化酶[胃蛋白酶(PPS),脂肪酶(LPS),淀粉酶(AMS)]和能量代谢酶[己糖激酶(HK),丙酮酸激酶(PK),乳酸脱氢酶(LDH),琥珀酸脱氢酶(SDH)]活性变化情况。结果显示:斑东风螺稚螺在不同光质和光照强度下均具有显著性差异,其中绿光、蓝光、红光和白光分别在2μmol·m-2·s-1、4μmol·m-2·s-1、8μmol·m-2·s-1以及2μmol·m-2·s-1有最大体重特定生长率,其值分别为3.56±0.45%·d-1、3.03±0.68%·d-1、3.01±0.72%·d-1和2.99±0.73%·d-1。红光2μmol·m-2·s-1与黑暗组壳长、壳宽和体重SGR无显著性差异(P>0.05),其他各组各特定生长率均显著高于黑暗组(P<0.05)。稚螺在光照强度为2μmol·m-2·s-1时,绿光和蓝光PPS活性显著高于红光(P<0.05),绿光HK活性显著高于黑暗组(P<0.05),黑暗组和红光LDH活性无显著性差异(P>0.05),且均显著高于蓝光和白光(P<0.05)。黑暗组PPS、AMS、HK、PK和LDH活性均显著高于其他光质(P<0.05)。在不同光质间,低光照强度各种酶的酶活性显著高于高光照强度处理组(P<0.05),与生长体征一致。因此,蓝光和绿光在低光照强度(2μmol·m-2·s-1)有利于稚螺生长,而黑暗不利于生长。3.光质和光周期对方斑东风螺稚螺生长、代谢和抗氧化作用的影响为研究不同光质和光周期对方斑东风螺稚螺的影响,我们研究了不同光质(黑暗、自然光、蓝光、白光、绿光和红光)和光照周期(5L:19D、10L:14D、15L:9D、20L:4D,L:D为光照时间:黑暗时间)对方斑东风螺稚螺生长以及代谢和抗氧化相关物质活性变化情况。结果表明:光照强度为16μmol·m-2·s-1时,光周期和光质对方斑东风螺稚螺均具有显著性差异(P<0.05),其中蓝光、绿光、红光和白光分别在20L:4D、15L:9D、15L:9D、20L:4D体重特定生长率有最大值,分别为3.20±0.75%·d-1、4.09±0.46%·d-1、3.77±0.46%·d-1和3.72±0.68%·d-1,黑暗组生长速率缓慢,显著低于其他各光质(P<0.05)。白光组15L:9D和20L:4D的饵料系数较低,显著低于其他光质的饵料系数(P<0.05),其他各光质之间饵料系数无显著性差异(P>0.05)。黑暗组PPS和HK活性较强,但PK和SDH活性较低,表明部分能量代谢过程受到了抑制,同时SOD和GSH活性较低,表明黑暗组对氧自由基(ROS)清除能力下降。蓝光组在15L:9D时SOD活性最高,表明能有效清除ROS,减少细胞损伤。绿光和红光在15L:9D时,生长以及SOD、GSH和MT活性均达最高值,说明ROS能迅速被抗氧化物质清除,减少细胞的氧化损伤。在白光条件下,20L:4D时代谢酶和抗氧化酶活性较强,有利于稚螺生长。4.光照强度和光质对方斑东风螺稚螺生长影响的转录组学分析为了筛选出光照条件下方斑东风螺稚螺与生长相关表达基因,对不同光照强度和光质条件下方斑东风螺稚螺全组织进行了转录组测序。通过对转录本进行权重基因表达网络(WGCNA)分析,共有20个表达模块,其中Red和Turquoise模块与光照强度相关性最高。通过对这两个模块进行GO分析(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)通路富集分析,发现这两个模块与物质代谢、细胞分裂、神经调节和免疫相关性更强。根据Module Membership>0.8,Gene significant>0.2进行筛选,并利用GO富集分析,从这两个模块中筛选到26个生长相关的基因,其功能主要与物质合成、能量代谢以及细胞过程有关。利用cytoscape的cytohubba功能在Red筛选到c313701.graph_c0、c310817.graph_c0和c310817.graph_c3三个关键基因,主要与抗氧化作用相关,在Turquoise中筛选到c316930.graph_c2、c295563.graph_c0和c318703.graph_c0三个关键基因,其功能主要和生长相关。
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