全面的转录组分析揭示了珍珠贝（Pinctada fucata martensii）在缺氧应激下特定的长链非编码RNA（lncRNA）、环状RNA（circRNA）以及miRNA-mRNA相互作用网络

《Aquaculture Reports》：Comprehensive whole transcriptome analysis reveals specific lncRNA, circRNA and miRNA-mRNA networks of pearl oyster ( Pinctada fucata martensii) in response to hypoxia stress

珠母贝缺氧胁迫下通过ceRNA网络调控代谢重编程、抗氧化防御及RNA剪接机制。全转录组测序鉴定721个差异表达mRNA、259个lncRNA、55个circRNA和17个miRNA，构建的ceRNA网络揭示ALDH5A1、SLC23A2、FAT4和CCDC97等关键基因的协同调控，并通过RT-qPCR验证。该研究为培育耐缺氧珍珠贝品系提供分子机制参考。

　　
本研究以市场价值极高的珠母贝（*Pinctada fucata martensii*）为对象，系统解析了其暴露于短期缺氧胁迫时的分子响应网络，通过整合转录组测序与ceRNA网络分析技术，揭示了非编码RNA在缺氧适应性机制中的关键作用。研究团队从广东海洋大学水产学院实验基地采集健康珠母贝样本，采用梯度氧浓度控制实验（正常氧6.0 mg/L vs. 缺氧2.0 mg/L），通过多组学联合分析发现：珠母贝在48小时缺氧胁迫下，其鳃组织中共检测到721个差异表达mRNA、259个差异表达lncRNA、55个差异表达circRNA和17个差异表达miRNA，并首次构建了包含9个lncRNA、10个circRNA、3个miRNA和6个mRNA的ceRNA调控网络。该网络通过靶向ALDH5A1、SLC23A2、FAT4、CCDC97和LAC等关键基因，实现了对能量代谢、抗氧化防御和细胞增殖的协同调控。

在能量代谢调控方面，研究发现ALDH5A1（琥珀酸半醛脱氢酶）和SLC23A2（钠依赖性维生素C转运蛋白）的表达水平通过ceRNA机制显著上调。ALDH5A1参与将抑制性神经递质γ-氨基丁酸（GABA）转化为琥珀酸和NADH，后者作为氧化磷酸化的重要电子载体，可增强细胞在缺氧条件下的能量代谢效率。而SLC23A2通过促进维生素C的吸收，强化了细胞抗氧化能力。值得注意的是，这两种代谢关键基因的表达调控均依赖于miR-152的负向调控，这为后续开发基于miRNA海绵的基因编辑工具提供了理论依据。

细胞增殖抑制机制方面，FAT4基因的上调通过激活Hippo信号通路，抑制了细胞周期蛋白的表达，导致细胞增殖受限。FAT4作为钙黏蛋白家族成员，在维持细胞边界结构中起重要作用，其表达水平与珠母贝外壳形成密切相关。研究还发现，LAC基因（谷蛋白）在缺氧条件下表达下调，这可能与抑制神经轴突延伸相关，从而减少能量消耗。RT-qPCR验证显示，目标基因的表达变化与ceRNA网络预测结果高度一致（图7），验证了该调控模型的有效性。

抗氧化防御系统的激活尤为显著。热休克蛋白HSP20和HSP70的表达量在缺氧组中均呈现显著上调（P<0.05），这与转录组分析中发现的两种ceRNA调控模块高度吻合。其中，miR-190通过海绵化作用抑制了CCDC97基因的表达，而CCDC97作为剪接体核心亚基，其活性状态的改变直接影响RNA剪接过程。这种调控可能通过增强mRNA的稳定性或改变剪接方式，促进应激相关蛋白的快速合成。值得注意的是，HSP20与HSP70在ceRNA网络中存在交叉调控关系，这为理解热休克蛋白家族的协同作用提供了新视角。

研究还揭示了RNA剪接调控网络的关键节点。通过分析lncRNA和circRNA的靶向关系，发现MSTRG.15648.2和MSTRG.31162.1等lncRNA通过竞争性结合miR-152，间接激活ALDH5A1和SLC23A2的表达。这种多层次的调控机制表明，珠母贝在缺氧环境下能够通过精细的转录后调控网络，快速启动适应性应答程序。例如，miR-152通过调控ALDH5A1的表达，促进琥珀酸代谢流转向NADH生成，从而弥补线粒体呼吸链的电子传递缺陷。

实验组特别采用三重复独立样本验证，并通过Duncan多范围检验确认差异显著性（P<0.05）。这种严谨的实验设计有效避免了批次效应的干扰，确保了ceRNA网络构建的可靠性。研究还发现，染色体5、7、10上的circRNA富集度最高，这与珠母贝基因组中已知的关键代谢基因富集在这些染色体区域相吻合，暗示这些区域的非编码RNA可能参与复杂的缺氧响应调控。

该成果在以下方面具有创新性：首次在贝类中建立完整的ceRNA调控网络，发现miR-152介导的ALDH5A1/SLC23A2代谢轴；揭示FAT4基因通过Hippo通路抑制细胞增殖的分子机制；证实CCDC97在RNA剪接过程中的调控作用。这些发现不仅深化了我们对双壳类动物缺氧适应机制的理解，更为水产养殖中的抗逆品种选育提供了理论依据。

在应用层面，研究团队建议通过基因编辑技术增强靶基因（如SLC23A2、FAT4）的表达或抑制miR-152活性，从而培育具有更强缺氧耐受性的珠母贝品系。此外，发现维生素C在缺氧条件下的保护作用，提示在养殖环境中添加维生素C可能成为缓解缺氧胁迫的经济有效的生物强化手段。这些实践转化建议为近海生态修复和高效养殖模式开发提供了新思路。

研究还发现，珍珠贝在缺氧条件下会启动双重防御机制：一方面通过增强维生素C的抗氧化能力中和ROS；另一方面通过抑制神经轴突生长减少能量消耗。这种代谢重编程与发育抑制的协同作用，体现了贝类在极端环境下的生存智慧。值得注意的是，该ceRNA网络与珠母贝外壳形成基因（如FAT4）存在显著关联，这为解析贝类外壳生物合成与缺氧胁迫响应的分子耦合机制提供了新方向。

未来研究可进一步探索该ceRNA网络在不同发育阶段和性别中的表达差异，以及与其他转录调控元件（如染色质修饰复合体）的交互作用。此外，结合代谢组学分析ceRNA网络调控的代谢中间产物变化，将有助于更全面地解析缺氧响应的分子路径。这些研究进展将为构建贝类抗逆分子标记、开发基于ceRNA调控的基因编辑策略奠定基础。