淡水蚌类幼虫体外培养中培养基类型对基因表达的影响：转录组学揭示Lampsilis siliquoidea变态发育的生理调控机制

《Hereditas》：In vitro culture media type impacts gene expression in the freshwater mussel Lampsilis siliquoidea (Bivalvia: Unionidae)

本研究针对淡水贻贝（Unionida）这一北美濒危类群，在人工保育中面临幼虫依赖宿主鱼完成变态的难题。研究人员首次通过转录组学比较了Lampsilis siliquoidea钩介幼虫在三种培养基（M199、L-15及M199+脂质）中的基因表达差异。结果显示1.2%的转录本表达显著改变，其中86%的差异表达转录本在L-15与M199+脂质组中一致。研究揭示了培养基成分通过影响能量代谢、细胞增殖等关键通路调控幼虫发育，为优化濒危淡水贝类无宿主繁殖技术提供了分子依据。

　　

淡水贻贝是北美最濒危的类群之一，高达43%的物种被世界自然保护联盟列为受威胁状态。它们不仅承担着净化水体、促进营养循环等关键生态功能，还拥有独特的生命周期：幼虫（钩介幼虫）必须寄生在特定鱼类鳃或体表才能完成变态发育。这种高度特化的繁殖策略使其种群恢复严重依赖宿主鱼资源，而栖息地破坏、气候变化等因素进一步加剧了其生存危机。为突破宿主限制，科学家开发了体外培养技术，通过模拟宿主鱼体液成分的培养基直接诱导幼虫变态。然而，现有培养基（如常用M199）对某些蚌类（尤其是斧形钩介幼虫物种）仍无效，且脂质等关键营养成分的作用机制不明。如何通过优化培养策略提升幼虫变态成功率，成为淡水贻贝保育的关键瓶颈。

为解析培养基成分对幼虫发育的深层影响，Ulin等人在《Hereditas》发表研究，首次对淡水贻贝钩介幼虫变态过程进行转录组学分析。团队以常见物种Lampsilis siliquoidea为模型，比较其在三类培养基（基础培养基M199、无需CO₂补充的L-15、M199+脂质浓缩物）中的基因表达谱，旨在揭示外部环境对幼虫生理的调控机制。

研究采用的关键技术包括：从俄亥俄州自然水体采集的成年Lampsilis siliquoidea中提取钩介幼虫，进行体外培养与RNA提取；通过Illumina NovaSeq 6000平台进行RNA测序，使用Trimmomatic进行质控后经Trinity软件从头组装转录本；通过EdgeR工具（FDR<0.001，倍数变化≥4）筛选差异表达基因，并利用Gene Ontology（GO）富集分析识别关键生物过程；通过BUSCO评估转录本完整性，辅以体外培养成功率统计验证生理相关性。

转录本组装与注释特征

测序产生27亿条reads，组装获得183万条转录本（N50为571 bp），其中99.3%的保守基因完整覆盖。注释显示转录本主要富集于跨膜运输、磷酸化、DNA模板转录调控等生物过程，以及ATP结合、金属离子结合等分子功能，表明幼虫变态涉及活跃的代谢与信号转导活动。

培养基类型对变态成功率的影响

预稀释阶段三组变态率均高达98%-99%，但统计显示L-15组（98%）显著低于M199组（99%）。后续稀释实验（更准确反映变态成功）中，L-15组变态率（53%）明显低于M199组（71%），提示M199更适应该物种幼虫发育。

差异表达基因的共性调控

与M199相比，L-15和M199+脂质组分别出现22,532和22,867个差异表达转录本，其中下调基因占比超99%（L-15组22,150个，M199+脂质组22,536个）。值得注意的是，两组下调基因中87%-88%完全重叠，表明不同培养基可能通过相似通路影响幼虫生理。GO富集分析显示，下调基因共同关联细胞分裂、前体代谢物生成、催化活性等过程，暗示培养基改变可能抑制能量代谢与增殖相关通路。

L-15培养基的独特效应

L-15组特有下调基因富集于铁离子稳态、跨膜转运活性等通路，而上调基因唯一关联几丁质结合功能（可能与幼虫壳基质修饰相关）。此外，细菌sigma因子结合通路的抑制提示L-15可能减少培养体系中微生物污染。

脂质补充的神经发育调控作用

M199+脂质组未显着改变变态率，但特有下调基因富集于学习记忆、淀粉样蛋白结合、髓鞘形成等神经功能通路，上调基因则关联铜离子结合与氧化还原酶活性。这表明脂质补充可能通过调节神经发育与氧化应激响应间接影响幼虫发育。

本研究首次从转录组层面揭示培养基成分对淡水贻贝幼虫变态的深刻影响。尽管脂质补充未提升短期变态率，但其对神经通路的调控提示脂质在幼虫组织分化中具有潜在作用；而L-15培养基对代谢通路的广泛抑制则解释了对某些物种的适应性差异。研究进一步推测，宿主鱼血清成分的差异可能通过类似机制影响幼虫生理，为优化血清选择提供理论依据。该转录组资源为揭示蚌类幼虫发育的分子机制奠定基础，未来可通过整合脂质浓度梯度实验、延长 juvenile 生存监测等策略，深化对培养基优化与物种特异性适应机制的理解。