潮间带嫁(虫戚)对温度和盐度胁迫的生理响应机制初探

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在全球气候变化背景下,潮间带经历剧烈的环境变化,环境变化对于调节物种的分布以及种群丰度扮演着重要作用。在极端条件下会引起物种大量死亡或者限制物种的分布,特别是高温,是决定物种分布高度的上限的关键因子。在夏季亚热带季风气候区域,潮间带生物在暴露时候会面临着干露或者是强大雨水的侵袭,环境压力就会成为干露与温度和雨水与温度压力的结合。这些多重环境因子的变化会影响生物行为、生理和进化适应,进而改变潮间带种群动态和群落结构。生理适应是生物体应对环境变化的重要策略,潮间带帽贝(嫁(?))(Cellana toreuma)是研究环境变化与潮间带生物分布的理想模式动物。我们利用分子生物学手段研究温度和盐度胁迫下嫁(?)的生理和分子标记的变化,了解生物对不同环境变化刺激的适应性响应及其调节机制。阐明环境变化影响潮间带生物动态的内在生理机制。主要结果有:(1)高温胁迫会导致体内羰基迅速产生,蛋白氧化损伤程度显著增大,同时增加能量的需求。(2)所有的生理机能对亚致死胁迫以及持续时间都非常敏感,从能量代谢因子的上调可以看出这些面对高温胁迫的生理适应都是消耗能量的过程,蛋白羰基在34℃维持4h时显著上调说明心率的衰竭和无氧代谢的增加会导致蛋白羰基的增加,氧化损伤程度增加。当温度恢复到16℃维持12h的时候,全部的生理机能基本上都能恢复到热激前的水平,这说明这个物种在转录水平的生理适应是快速以及有效的。(3)连续的雨水处理(盐度骤降)引起嫁(?)机体内相应生理生化变化,当在海水恢复12h后,全部的生理机能基本上都能恢复到处理前的代谢水平,这说明嫁(?)在转录水平的生理适应是快速以及有效的,虽然雨水刺激会构成一定的威胁,但是并没有成为生物大量死亡的关键因子。(4)通过热休克蛋白以及能量代谢因子的变化发现温度和干露双重胁迫一直在对机体的生存构成极大的威胁,而第三次雨水与温度胁迫下的热休克蛋白的显著升高说明高温下的连续雨水刺激确实会对机体造成损伤。(5)我们利用454高通量测序技术建立两个温度下的转录文库,一个为对照组库(18℃),另一个为ABT库。(6)差异表达基因功能主要聚集在蛋白损伤修复,细胞骨架重组,抗氧化以及能量调节的功能上,我们发现N-(1-羟乙基)-L-丙氨酸脱氢酶(alanopine dehydrogenase)的显著上调表明机体已经开始无氧呼吸提供能量,并且无氧呼吸的途径为opine-producing pathway,更重要的是我们发现HIF-1的显著性上调,而HIF-1正是通过增加无氧糖酵解来促进ATP的产生。(7) Collagen的转录上调说明机体内更少的能量用于生长,更多的能量用于应激反应。Cysteine dioxygenase(CDO)的下调也说明机体的生长活动将被抑制。(8)许多抑制细胞凋亡的基因上调,比如BIRC3是通过抑制Caspases促进细胞成活的。这为嫁虫戚可在高于其ABT的温度下存活提供了一定的证据。通过实时荧光定量PCR对14个基因的表达水平的验证,证明差异表达基因数值准确可信,为研究潮间带帽贝在温度胁迫下的分子调节机制提供了良好的参考。在全球变化情境下,机体面临着频繁和极限环境的侵袭,这种环境压力可能会非常接近它们的生存和繁殖的耐受极限,这使得它们不得不投资更多能量用于机体维持,减少用于生长和繁殖的能量,进而影响到整个种群的适合度和动态。
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