野生罗非鱼响应低温胁迫的脑组织转录组测序分析

摘要

【目的】比较低温胁迫下野生罗非鱼和养殖吉富罗非鱼的基因表达模式,揭示野生罗非鱼低温应答的特有分子调控机制,为后续开展野生罗非鱼耐冷亲本大范围筛选打下基础。【方法】挑选规格相近的野生罗非鱼和养殖吉富罗非鱼进行梯度降温试验,水温先以1℃/12 h的速度从26℃降至14℃,并保持288 h(12 d),于26℃、20℃及14℃保持0、120和288 h等5个时间点分别解剖罗非鱼采集脑组织样品,构建cDNA文库后以Illumina HiSeq×Ten测序平台进行双端测序及比较转录组分析,并采用实时荧光定量PCR对具有重要功能的差异表达基因(DEGs)进行表达验证。【结果】野生罗非鱼在11℃时开始出现死亡个体,但在8℃时仍有50.0%的存活个体,说明野生罗非鱼较养殖吉富罗非鱼具有更强的低温耐受能力。在14℃的长时间低温胁迫过程中,养殖吉富罗非鱼脑组织中表达显著上调的差异表达基因数量约是野生罗非鱼的10倍,即养殖吉富罗非鱼的应激反应远比野生罗非鱼强烈。KEGG信号通路富集分析结果显示,养殖吉富罗非鱼和野生罗非鱼在14℃保持120和288 h的上调差异表达基因均富集到核糖体发生、内质网蛋白加工及剪接体信号等信号通路上,野生罗非鱼的上调差异表达基因还额外富集到核苷酸切除修复、N-糖基化生物合成和DNA复制信号等通路上。与养殖吉富罗非鱼相比,在野生罗非鱼中发现577个特有的差异表达基因,主要富集在NOD受体信号通路、凋亡和内吞等通路上,且表现为NOD受体信号通路被启动,而细胞凋亡受抑制。在野生罗非鱼中,参与NOD受体信号通路的关键功能基因(Nemo、NFκB、p38、JNK和IL-1β)在长时间低温胁迫中均维持在一个较高的表达水平,而内吞途径关键基因的表达上升倍数也明显高于养殖吉富罗非鱼。【结论】野生罗非鱼通过避免过度的应激反应和维持低水平代谢的细胞稳定以减轻低温胁迫对机体的损伤,并持续启动NOD受体信号通路及内吞途径以维持其免疫能力,而具有较养殖罗非鱼更强的低温耐受力。