低温离水胁迫下中华绒螯蟹眼柄时间依赖性差异表达基因的调控网络与分子机制研究

为解决中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)在离水胁迫下的分子适应机制问题，研究人员通过高通量测序技术解析其眼柄组织的时间分辨转录组。研究发现差异表达基因(DEGs)数量随胁迫加剧而增加，热休克蛋白(HSPs)、锌指结构转录因子(TFs)及PIM激酶等15个基因持续上调，WGCNA分析揭示眼柄与肝胰腺的功能互作及自噬-凋亡通路的时序激活。该研究为甲壳动物环境适应机制提供了新见解，成果发表于《Aquaculture》。

　　

中华绒螯蟹作为我国年产量近80万吨的重要经济蟹种，在养殖过程中常因水质恶化、捕捞运输等面临离水胁迫。虽然该物种表现出较强的离水适应能力，但长时间暴露仍会导致不可逆损伤，而低温能有效缓解此类胁迫。眼柄作为甲壳动物的神经内分泌中枢，类似脊椎动物的下丘脑-垂体系统，在环境应激响应中起关键作用，但其在离水胁迫中的分子机制尚属空白。

为揭示这一科学问题，来自中国的研究团队采用Illumina高通量测序技术，首次系统分析了低温(4°C)离水胁迫下中华绒螯蟹眼柄的时间分辨转录组动态。研究通过构建12个时间点的样本队列，结合加权基因共表达网络分析(WGCNA)等生物信息学方法，绘制了从基因表达到通路激活的全景图谱。

研究结果显示，随着胁迫时间延长，眼柄差异表达基因(DEGs)数量从6h的1,092个增至14d的2,675个，呈现明显的剂量效应。聚类分析鉴定出62个时序差异基因，其中15个持续上调基因构成核心应激响应网络，包括：热休克蛋白(HSPs)家族成员、具有锌指结构域(ZnF)的转录因子(TFs)以及丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶PIM。这些基因在蛋白质折叠、转录调控和信号转导中发挥关键作用。

WGCNA分析发现蓝色模块与胁迫响应高度相关，其基因在眼柄与肝胰腺中呈现负相关表达模式，揭示这两种组织在应激响应中的功能互补性。时序分析显示，早期(6-12h)基因主要参与mRNA监视通路和核质运输通路，确保基因表达保真性；中期(24-72h)激活泛素-蛋白酶体系统；后期(7-14d)则显著富集自噬和凋亡通路，表明组织损伤进入不可逆阶段。

该研究首次阐明眼柄在离水胁迫中的时序响应机制，发现其通过HSPs-PIM激酶-TFs调控网络协调应激响应，并与肝胰腺形成功能互作。这不仅为甲壳动物环境适应理论提供了新依据，也为水产运输中的胁迫防控提供了分子靶点。研究采用的WGCNA时序分析方法为复杂生物过程的基因调控网络研究建立了范式。

值得注意的是，持续上调的PIM激酶在哺乳动物中已知参与细胞存活调控，其在甲壳动物的功能属首次报道。研究者推测该激酶可能通过磷酸化级联反应整合多应激信号，这一发现为比较医学研究提供了新线索。此外，眼柄与肝胰腺的负相关基因模块提示神经内分泌系统与代谢器官的跨组织对话机制，这为理解无脊椎动物的系统应激响应开辟了新视角。