长期盐碱胁迫对Acanthopagrus latus鱼鳃的生理影响：转录组学与代谢组学的综合分析

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Physiological effects of long-term saline-alkaline stress on the gills of Acanthopagrus latus: A combined analysis of transcriptomics and metabolomics

通过转录组、代谢组、生理和组织学分析，揭示了盐碱胁迫下 Acanthopagrus latus 鳃组织的适应机制。研究显示，持续40天盐碱水暴露导致鳃部形态显著变化，但未影响生长性能。生理指标表明MDA水平升高提示氧化应激，转录组分析发现2539个差异基因富集于免疫相关通路（如T细胞受体、Th17细胞分化），代谢组学检测到892个差异代谢物主要涉及能量代谢通路。整合多组学数据进一步揭示血小板激活、磷脂酶D信号和谷胱甘皮带代谢通路的协同调控，其中29个差异基因和4种关键代谢物（ATP、前列腺素H2、环磷酸腺苷、ADP）在血小板激活通路中显著改变，相关基因涉及能量代谢与免疫调节。本研究为盐碱水资源可持续利用提供了理论支撑。

　　

黄伟青|周凤芳|连宗强|林志登|张志鹏

宁德师范学院海洋科学学院，中国宁德，352100

摘要

盐碱胁迫对水产养殖中的鱼类构成了严重的环境挑战，但其适应机制的分子基础仍知之甚少。在这项研究中，我们结合了转录组学、代谢组学、生理学和组织学分析，以阐明Acanthopagrus latus在盐碱水（SAW）环境下的适应机制。经过40天的处理后，盐碱水对鳃的结构产生了明显的组织学变化，但并未显著影响其生长性能。生理学检测显示，谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、酸性磷酸酶（ACP）和碱性磷酸酶（ALP）的活性没有显著变化，而丙二醛（MDA）水平升高，表明存在氧化应激和代谢紊乱。

转录组学分析鉴定了2539个差异表达基因（DEGs），这些基因主要富集在免疫相关通路中，如T细胞受体信号传导、Th17细胞分化和IL-17信号传导。代谢组学分析检测到892个差异表达代谢物（DEMs），主要涉及能量代谢途径，包括花生四烯酸、α-亚麻酸和亚油酸的代谢。综合多组学分析进一步揭示了血小板活化、磷脂酶D信号传导和谷胱甘肽代谢途径的显著富集。值得注意的是，有29个DEGs和4个关键代谢物（ATP、前列腺素H?、环腺苷酸和ADP）在血小板活化途径中发生了显著变化。其中，上调的基因如、和与能量代谢相关，而、、、和与细胞凋亡和免疫调节有关。

总体而言，本研究提供了A. latus通过协调的免疫调节和能量代谢来适应盐碱胁迫的全面分子和生理证据。这些发现增强了我们对鱼类适应机制的理解，并为盐碱水资源的可持续利用提供了理论支持。

引言

盐碱水资源在全球范围内广泛分布，其中中国约有4.6×10^7公顷。然而，由于这些水资源的特殊水质特性（如高碳酸盐碱度、复杂的离子组成（Geng等人，2016年）和较高的pH值），它们大多未被充分利用，这可能导致鱼类出现呼吸障碍、代谢失衡和免疫功能障碍（Lisboa等人，2015年；Tavares-Dias，2022年）。为了促进水产养殖的可持续发展，利用盐碱水的潜在生态优势并缓解渔业养殖资源的短缺变得越来越重要。在适应盐碱环境的过程中，鱼类会遇到渗透压胁迫、离子失衡和酸碱挑战。为了维持体内平衡，它们必须调整鳃的形态、细胞结构和生理功能。因此，阐明鱼类对盐碱水的抗性机制对于合理利用这些水资源至关重要。

组学技术已被广泛用于揭示鱼类对环境变化的响应机制。转录组学分析揭示了许多与碱度胁迫相关的关键基因、通路和调控元件。例如，重组激活转录因子3（）、cyclin B1（）和早期生长响应基因-1（）被报道为与L. maculatus的碱度胁迫反应相关的主要基因（Zhang等人，2023年）。在盐碱水环境中饲养的L. crocea的鳃中，RNA-Seq分析表明脂蛋白脂肪酶A（、和干扰素调节因子7（）等基因参与了这一过程（Zhou等人，2023年）。对在碱度胁迫下的代谢组学评估显示牛磺酸、肌酸和甲基丙二酸发生了变化，这些物质在渗透调节中起关键作用（Su等人，2023年）。类似的转录组和/或代谢反应也在（Fan等人，2022年）、（Ding等人，2023年）和（Duan等人，2023年）中观察到。

最近，已有报道表明（Niu等人，2022年）、（Zhou等人，2023年）、（Fan等人，2025年）和（Fang等人，2022年）在盐碱水环境中成功进行了水产养殖。然而，现有的养殖物种仍无法充分满足区域需求，这突显了寻找更多耐盐碱的养殖候选物种的必要性，这些物种应具有高度的本地适应能力。

A. latus属于鲈形目（Perciformes），在中国东南沿海地区广泛分布和养殖（Hu等人，2007年；Xia等人，2008年）。作为一种经济价值高的海洋物种，它能够耐受广泛的盐度范围（Eskandari等人，2013年；Movahedinia等人，2009年）。先前已有报道指出其在盐度变化下的鳃组织形态变化（Reza等人，2018年；Layla Mustafa，2023年）。然而，目前尚无研究详细描述这种鱼类在盐碱水环境下的转录和代谢机制，限制了其水产养殖潜力的进一步开发。在本研究中，通过转录组学和代谢组学分析，结合生理学和组织学评估，阐明了A. latus在盐碱胁迫下的适应机制。这些结果可能有助于制定该物种盐碱水养殖的水环境调控策略。

实验设计和采样

碱度胁迫实验在银川宁夏兰湾生态农业有限公司进行。共从中国福建宁德丁城渔业有限公司获得了2000条A. latus样本（体重12.96±1.04克；体长7.36±0.42厘米）。在室内循环水养殖系统中，所有鱼类在海水中驯化14天（水温25.0±2.0°C；海水盐度22±2）。随后，这些鱼被随机分配到六个组中

生长性能

经过40天的养殖后，SAW组和SW组的A. latus样本的体重和体长均显著高于养殖开始时（P<0.05）。然而，两组之间的体重或体长没有显著差异（P>0.05）（图1）。这些结果表明，盐碱条件并未损害A. latus的生长性能。

组织结构和生理指标

盐碱暴露后，鳃的形态发生了可观察到的变化。

讨论

利用盐碱水资源有助于缓解水产养殖用水短缺问题，同时提高生态可持续性。在本研究中，观察到鱼类在长期盐碱暴露下鳃组织形态、酶活性、免疫调节和能量代谢发生了一系列适应性变化。

结论

本研究全面评估了A. latus对盐碱暴露的生理、转录组和代谢组反应，并阐明了其适应机制。尽管长期盐碱胁迫改变了鳃的形态，但其生长性能保持稳定。转录组分析显示免疫相关通路的显著调控，而代谢组分析表明能量代谢发生了明显变化。综合组学分析进一步确定了重要的

作者贡献声明

黄伟青：方法学、研究、资金获取。周凤芳：撰写——初稿、方法学、研究。连宗强：撰写——审稿与编辑、方法学、研究。林志登：方法学、研究。张志鹏：方法学、研究。

未引用参考文献

Mathew, 2009

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了宁德师范学院科学研究基金[资助编号2025T002]和Crosswise Tasks[2023HX51]的支持。