编辑推荐:
为探究甲壳动物抗副溶血性弧菌(Vibrio parahaemolyticus)的免疫调控机制,研究人员对感染该菌的三疣梭子蟹进行多组学分析,构建 ceRNA 调控网络。结果揭示了相关调控网络,为理解水生动物抗病机制及培育抗病品系提供靶点。
在水产养殖的世界里,有一种可怕的疾病正严重威胁着众多养殖户的 “钱袋子”,它就是急性肝胰腺坏死病(AHPND),最初被称为早期死亡综合征。这种病自 2010 年在中国养殖虾中首次现身,随后像 “恶魔” 一般迅速在越南、马来西亚、泰国等地蔓延,接着又 “跑” 到了北美等地区,每年给全球养虾业带来近 10 亿美元的损失。而引发这场 “灾难” 的罪魁祸首,就是副溶血性弧菌(
Vibrio parahaemolyticus)的特定菌株,它携带的 69kb 质粒(pAP1)上有二元 Pir 样毒素基因(pirA
vp和 pirB
vp),会产生致命毒素。在水产养殖中,副溶血性弧菌可不 “挑食”,鱼类、甲壳类动物等多种养殖生物都是它的 “攻击目标”。被感染的虾会变得无精打采,肚子空空,肝胰腺又白又萎缩,生长也变得迟缓,病理检查还能看到肝胰腺小管上皮细胞脱落、血细胞浸润等可怕变化,死亡率大大增加,这让整个水产养殖业都陷入了困境。
与此同时,科学家们发现长链非编码 RNA(lncRNA)在生物的生命活动中扮演着重要角色,它虽然不会编码蛋白质,却能通过与 DNA、RNA 或蛋白质相互作用来调控基因表达,在细胞的分化、增殖、凋亡以及免疫反应等过程中都有它的身影。在水产动物里,像鲤鱼的 lncRNA 能调节免疫相关基因,增强对病原体的抵抗力;日本对虾可以借助编码和非编码基因网络激发肝胰腺免疫反应,抵抗 WSSV 病毒。lncRNA 还能作为竞争性内源 RNA(ceRNA),和微小 RNA(miRNA)“斗智斗勇”,调控宿主对病原体感染的免疫防御。不过,在甲壳类动物中,虽然有研究发现 ceRNA 调控机制在东方沼虾免疫调节中起关键作用,但和 ceRNA 相关的 lncRNA 在甲壳类动物免疫方面的作用,大部分还藏在 “迷雾” 中,等待科学家们去揭开。
三疣梭子蟹是中国海洋蟹类养殖的 “主力军” 之一,广泛分布在中国、朝鲜、韩国和日本沿海。但随着养殖规模扩大、环境变差,疾病问题越来越严重,副溶血性弧菌成为了导致三疣梭子蟹大量死亡的 “元凶”。所以,搞清楚三疣梭子蟹在病原体感染和免疫反应之间的 “互动” 关系,对制定防治策略、培育抗病品种至关重要。
在这样的背景下,研究人员开启了探索之旅。他们对感染副溶血性弧菌的三疣梭子蟹进行了 RNA 和 lncRNA 测序分析,构建出 lncRNA - miRNA - mRNA 调控网络,还通过 RT - qPCR 和双荧光素酶报告基因实验验证了这个网络。这项研究成果发表在《Fish》杂志上,为我们深入了解甲壳类动物的先天免疫调控机制打开了一扇新的大门。
研究人员在研究过程中,用到了几个关键技术方法。首先是 RNA 和 lncRNA 测序技术,他们从感染副溶血性弧菌的三疣梭子蟹样本中获取了大量的测序数据,为后续分析提供基础。其次是利用多种软件预测 lncRNA,通过 4 种不同的 lncRNA 预测软件交叉分析,准确地鉴定出了 lncRNA。最后,RT - qPCR 和双荧光素酶报告基因实验则用于验证构建的调控网络是否正确。实验用的三疣梭子蟹(32±2.3g、80 日龄)来自潍坊海丰水产养殖有限公司,副溶血性弧菌(GCF_021730085.1)菌株是从虾体中分离得到的。
下面来看看具体的研究结果:
- lncRNA 的鉴定与特征分析:研究人员对人工感染副溶血性弧菌的三疣梭子蟹进行 lncRNA 和 mRNA 测序,从 6 个样本中总共获得了 541.1Mb 的读数,平均比对率达到 94.24%。通过 4 种不同的 lncRNA 预测软件交叉分析,一共鉴定出 8093 个 lncRNA 转录本。这些 lncRNA 还被进行了分类,其中 36.9% 属于基因间 lncRNA,23.4% 是正义基因间上游 lncRNA ,14.6% 是正义内含子 lncRNA。
- 差异表达 lncRNA 及其靶基因的功能富集分析:感染副溶血性弧菌后,研究人员发现有 739 个 lncRNA 的表达出现了差异。对这些差异表达 lncRNA 的靶基因进行功能富集分析后发现,它们大量集中在免疫相关的通路里,像 NOD 样受体信号通路、TNF 信号通路等,这表明这些 lncRNA 很可能在三疣梭子蟹抵抗副溶血性弧菌感染的免疫反应中发挥着重要作用。
- ceRNA 调控网络的构建与验证:进一步研究发现,lncRNA 可以通过和 miRNA、mRNA 相互作用,形成复杂的 ceRNA 调控网络。其中,特别引人关注的是 lncRNA MSTRG.2618.5,它就像一块 “分子海绵”,能够吸附 novel0095,这样一来,就解除了 novel0095 对干扰素调节因子 2 基因的抑制作用,使得该基因的表达量增加,从而增强了三疣梭子蟹的免疫反应。研究人员利用 RT - qPCR 和双荧光素酶报告基因实验对这个 ceRNA 调控网络进行了验证,证实了它的真实性和可靠性。
从这次的研究中可以得出结论,研究人员成功构建并验证了三疣梭子蟹抵抗副溶血性弧菌感染过程中的 ceRNA 调控网络,揭示了 lncRNA 在其中的关键作用。这一发现意义重大,它让我们对三疣梭子蟹的免疫调控机制有了更深入的认识,为理解水生动物的抗病机制提供了新的视角。同时,也为水产养殖中培育抗病品种提供了潜在的分子靶点,有望帮助养殖户们解决副溶血性弧菌带来的病害难题,推动水产养殖业的健康、可持续发展。