贝加尔湖欧鳊（Coregonus migratorius）和白鲑（Coregonus peled）仔鱼对热应激的物种特异性转录组学响应

《Journal of Great Lakes Research》：Species-specific transcriptomic responses to thermal stress in Baikal omul ( Coregonus migratorius) and peled ( Coregonus peled) larvae

　　

摘要

贝加尔湖特有种贝加尔白鲑（Coregonus migratorius）近期经历了种群急剧下降，但人工增殖放流项目效果有限，部分原因在于幼鱼在早期阶段的高易损性。为了解贝加尔白鲑幼鱼可能如何响应人工培育及潜在释放入野，我们对狭温性贝加尔白鲑与广温性白鲑（Coregonus peled）在不同实验条件下（自然环境、水产养殖对照组、急性及慢性热胁迫）进行了比较转录组学分析。白鲑幼鱼表现出更具可塑性的转录组，在慢性胁迫下发生能量代谢转换，并涉及抗氧化防御、细胞骨架基因、离子转运及通道活性。相比之下，贝加尔白鲑幼鱼在能量代谢重组方面表现不甚明显，但在慢性胁迫下显示出显著的急性期反应，伴有肌肉特异性基因的抑制。在急性胁迫下，它们富集了p53信号通路，而非像白鲑那样启动强烈的热休克反应（HSP70和HSP90），表明其采取了一种更为保守的蛋白质稳态策略，侧重于细胞周期过程及激素介导的信号传导。本研究确定了用于放流前幼鱼状态评估的候选生物标志物基因，包括晶状体蛋白、血红蛋白亚型、急性期及神经内分泌标志物，以及分子伴侣和免疫调节基因，并为改善贝加尔湖放流项目及环境管理提供了框架。以贝加尔白鲑作为脆弱冷水特化种模型所获得的研究结果，可为全球其他稀有物种的保护工作提供参考。

引言

环境温度对变温鱼类的生理学、分布和生存具有关键影响，是重要的环境限制因素（Ern等，2023；P?rtner，2002；Simonson等，2024；Stewart等，2022）。偏离物种特异性温度最适值会触发从分子到个体水平的应激反应，影响酶动力学、膜组成、蛋白质稳定性和代谢（Manzon等，2022；Yuan等，2025）。在气候变化背景下，了解热适应迫在眉睫，因为升温同时威胁野生和养殖鱼类种群（Ficker等，2016；Rebl等，2018）。白鲑类鱼类是最对温度敏感的类群之一，幼鱼最适生长温度为7–10°C，成鱼为13–18°C（Golovanov，2013；McCormick等，1971）。温度超过21–22°C会损害生长（Ficker等，2016；Golovanov，2013；Rebl等，2018），而超过26°C则对多个物种具有致死性（Simonson等，2024；Stewart等，2022）。气候变化导致水温上升，可能在50年内使白鲑类生物量减少3–8%（Ficker等，2016）。养殖白鲑类还面临高温和低氧等复合胁迫（Korytá?等，2016），但与鲑科鱼类不同，它们缺乏广泛的抗逆性选育（Rexroad等，2012），且关于选择性育种项目的研究也较少（Pokharel等，2025）。

热胁迫响应因物种和暴露类型而异（Manzon等，2022；Rebl等，2018；Sessions等，2021）。急性与慢性胁迫在玛丽安娜白鲑（Coregonus maraena）（Rebl等，2018）、欧洲白鲑（Coregonus lavaretus）（Hjelmstedt等，2021）和虹鳟（Oncorhynchus mykiss）（Pickering等，1991）中启动了不同的转录策略，并对免疫参数产生差异性影响（Guo和Dixon，2021）。慢性胁迫通常抑制免疫功能，引起代谢紊乱、低度炎症和抗病毒免疫力受损，这在玛丽安娜白鲑（Korytá?等，2016）、红点鲑（Coregonus muksun）（Ostroumova等，2022）和三角鲂（Carassius gibelio）（Dai等，2023）中均有观察到，且可能在无明显生长或存活率变化的情况下诱发隐性病理（如肝脂肪沉积、贫血）（Ostroumova等，2022）。相比之下，急性胁迫本身并不抑制免疫，反而可能暂时增强固有免疫参数（Guo和Dixon，2021）。响应还因是否存在前期驯化而不同（Koroleva等，2024；Manzon等，2022；Sapozhnikova等，2023，Sapozhnikova等，2024；Sessions等，2021）。例如，急性胁迫会上调贝加尔白鲑（Coregonus baicalensis）的多种热休克蛋白（HSP）家族，而预先驯化的个体则表现出氧转运、生长因子和免疫相关基因的高表达（Sapozhnikova等，2024）。类似地，欧洲白鲑表现出充分的心率热驯化及从急性胁迫中的快速恢复能力（Hjelmstedt等，2021）。相应地，重塑生理系统的能力可能赋予更大的韧性：具有更高可塑性的个体在热挑战下的存活率优于那些反应更为僵硬的个体（Campos等，2019；Hvas等，2017）。

上述实例表明，热历史（包括自然栖息地的变异性）塑造了物种特异性应对不同类型热暴露的转录能力（Sapozhnikova等，2024）。另一项针对白鲑类物种——湖白鲑（Coregonus artedi）的研究进一步凸显了此类生理学评估的保护意义，该研究揭示了种群水平有氧能力范围和热耐受性的变异如何为北美五大湖区的再引入策略提供依据（Simonson等，2024）。然而，在理解白鲑类的生理可塑性方面仍存在关键空白，特别是关于其对环境变化的响应（Healy和Schulte，2012；Ohlberger等，2008；Franklin和Seebacher，2009；Seebacher等，2015）。当然，已有研究比较了单一物种内对急性热胁迫高耐受与低耐受的分子和生理过程，例如在虹鳟中（Turner等，2025）。然而，关于不同敏感型与稳健型物种在受控热胁迫条件下的比较，并考虑养殖环境的分析仍然缺乏。尽管如此，此类分析可能为识别差异性胁迫耐受的分子机制及开发用于监测白鲑类在自然环境中文福状况的生物标志物提供强有力的方法。

本研究聚焦于两种生态位和养殖适应性迥异的白鲑类物种：特有种贝加尔白鲑（Coregonus migratorius）与更为稳健、分布广泛的白鲑（Coregonus peled）。白鲑分布于北亚多种淡水生境，从梅真河到科雷马河流域均有分布，偏好低地湖泊、洪泛区水域和河段（Mishakin等，2026；Reshetnikov，2003）。在其自然分布区之外，白鲑是俄罗斯及多个欧洲和亚洲国家商业养殖的支柱物种（Anoshko等，2015；Dulmaa等，2016；Mukhachev，2003）。值得注意的是，在许多水域中，野生白鲑种群仅靠放流得以维持（Anoshko等，2015）。白鲑生长速度快、成熟早（2–3年）（Reshetnikov，2003），生命力强，使其适合作为实验模型（Koroleva等，2019；Sapozhnikova等，2020）。相比之下，贝加尔白鲑演化于贝加尔湖复杂的垂直分层生态系统中，该生态系统温度更为稳定，占据从沿岸带至350米水深的范围（Smirnov，1992）。近几十年来，包括贝加尔白鲑在内的白鲑类因繁殖洄游期间的盗猎，以及繁殖和早期发育阶段对环境条件的敏感性而急剧衰退（Anoshko等，2024；Bazov和Bazova，2016；Bulatov等，2024；Sapozhnikova等，2025a；Zapadaeva等，2026）。对此，已禁止商业和休闲捕捞（Anoshko和Makarov，2025；Bulatov等，2024），并实施了人工繁殖和放流项目，但效果参差不齐（Bazov和Bazova，2016），幼鱼高死亡率仍是关键瓶颈（Anoshko等，2023）。尽管如此，幼鱼从受控环境过渡到野外的分子响应仍知之甚少（Akbarzadeh等，2024）。

比较贝加尔白鲑和白鲑幼鱼对自然环境和养殖环境的响应，以及孵化场培育期间的热胁迫响应，是保护工作的重要第一步。聚焦于放流前阶段，我们比较了自然培育、养殖培育和热胁迫幼鱼的转录状态，以识别可能预示放流后存活的不适生分子特征。通过表征物种特异性谱，我们旨在识别能够预测早期阶段幼鱼高易损性的预测性生物标志物。本研究未进行放流后追踪，但已计划在后续研究中单独开展。尽管如此，所获得的转录特征为未来研究开发放流前胁迫缓解策略提供了分子基线。

各部分节选

养殖条件

两个物种的所有实验幼鱼，无论采集自自然环境还是在养殖场中培育，均来自于从安加拉河洄游产卵途中捕获的野生亲鱼，且源自贝拉亚河孵化场最初获取的同一批人工受精卵。对于自然起源组幼鱼，部分受精卵在流动河水中孵化至四至五月，随后幼鱼继续在自然环境中生长。

转录组测序、从头组装及WGCNA分析

所有样品的测序数据质量统计汇总于表2。电子补充材料（ESM）图S1和S2分别展示了白鲑和贝加尔白鲑中所有样品的测序reads在基因组外显子、内含子和基因间区域的分布情况。原始测序数据和转录组组装（TSA）已存入NCBI基因表达综合数据库（GEO），登录号为GSE330807（//www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE330807）

热胁迫下白鲑与贝加尔白鲑的转录策略

与在受控条件下进行的单物种转录组学研究（Liu等，2024；Pandey等，2021；Rebl等，2018；Sapozhnikova等，2024；Shi等，2019）不同，本研究的物种配对设计以广温性白鲑作为内部对照，以过滤一般性响应并突出脆弱物种中升高的标志物。养殖和胁迫条件下白鲑与贝加尔白鲑的协同基因调控超越了应激通路，延伸至基本功能（核糖体蛋白，

结论

对贝加尔白鲑与白鲑幼鱼的比较转录组学分析揭示了根本不同的适应策略。白鲑表现出更具灵活性的转录组，具有代谢和应激响应的可塑性，包括能量代谢、抗氧化防御和细胞骨架基因的上调，使其能够通过强健的热休克反应（包括HSP70和HSP90）成功驯化至养殖条件和热胁迫。与此同时，在慢性胁迫下，白鲑

CRediT作者贡献声明

尤利娅·P·萨波日尼科娃：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化，监督，资源，项目管理，方法论，调查，经费获取，形式分析，数据管理，概念化。图亚娜·V·西多罗娃：写作——审阅与编辑，可视化，软件，方法论，形式分析。叶夫根尼娅·A·瓦赫季耶娃：写作——审阅与编辑，验证，方法论，调查，形式分析。亚历山大·A·叶皮凡采夫：写作——审阅与编辑，

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本论文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究在俄罗斯科学院西伯利亚分院贝加尔水生物实验淡水水族馆综合设施（http://www.lin.irk.ru/aqua，访问日期2026年6月10日）开展。我们感谢白尔斯基鱼孵化场团队（伊尔库茨克州索斯诺夫卡村）以及米哈伊尔·A·克拉夫丘克在样本采集方面的协助。文库构建和Illumina测序由诺禾致源（北京，中国）完成。尤利娅·P·萨波日尼科娃|图亚娜·V·西多罗娃|叶夫根尼娅·A·瓦赫季耶娃|亚历山大·A·叶皮凡采夫|谢尔盖·A·波塔波夫|柳博芙·V·苏哈诺娃|奥加·Yu·格利齐娜|阿纳斯塔西娅·G·科罗列娃，俄罗斯科学院西伯利亚分院贝加尔水生物研究所，乌兰巴托街3号，伊尔库茨克664033，俄罗斯