热应激下不同血红蛋白浓度下扇贝的调节机制

《Journal of Thermal Biology》：Regulatory mechanisms in Anadara granosa with different hemoglobin concentrations in response to heat stress

　　

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  高HC值的蛤蜊通过酶活性展现出更强的适应能力和抗压性。
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  高HC值的蛤蜊会借助更为复杂的机制来应对热应力。
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  TH值高的蛤蜊可通过氧化应激以及ER/CYP450途径提升生存能力和代谢效率。
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  IP3R/Ca²⁺信号通路能够调控高HC值蛤蜊的对热应激反应。
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  agr-miR-936会作用于Calr基因；agr-miR-1935则通过调控血细胞来改变HC值。

引言

气候变化表现为全球气候模式的显著变化，其中最明显的特征就是地表温度的上升。这些变化对陆生和水生生物的生理过程都产生了深远影响（H?der和Barnes，2019）。最新研究估计，到2100年地球平均温度可能上升4.5℃（Morris等人，2018）。这样的升温会对具有经济价值的海洋软体动物构成严重威胁，包括扇贝、牡蛎和蛤蜊，进而可能导致水产养殖产量下降（Rahman等人，2019；Zhang等人，2024；Zhu等人，2023）。这就凸显出了解析它们对热应力生理反应的迫切需求。

血蛤，学名为Anadara（Tegillarca）granosa，是一种生活在潮间带的海洋双壳类动物，在印度太平洋沿岸地区分布广泛（Zha等人，2026）。与其他双壳类动物不同，血蛤的血淋巴中含有血红蛋白，而这在无脊椎动物中极为罕见（Li等人，2021a；Sun等人，2021；Taniguchi等人，2017）。通常情况下，血红蛋白浓度较高的血蛤具备更好的生理健康状况、更高的营养价值以及更大的经济价值。然而，那些遭受热应力的血蛤会出现血淋巴颜色变浅、凝血功能受损以及其他生理机能障碍等症状，相较于未受胁迫的个体表现更差（He等人，2024a）。先前的研究表明，特别是在夏季高温繁殖期，热应力会显著降低血蛤的存活率，从而增加死亡数量。值得注意的是，当温度处于31至33℃之间时，幼年蛤蜊的畸形率可达30%–60%，这不仅会增加水产养殖的成本，还会带来诸多运营难题（Guobao等人，1999）。以往研究显示，在34℃环境下放置7天后，成年血蛤的存活率仍可高达80%，这一温度也与水产养殖区记录到的最高夏季水温一致。因此，后续实验选用了这个温度，以便更好地模拟血蛤在生长过程中所面临的极端高温环境（He等人，2024a）。不过，高温如何影响血蛤血红蛋白浓度的分子机制目前仍不清楚。针对多种水生生物的研究表明，血红蛋白含量与耐热性之间存在正相关关系。例如，红细胞数量和血红蛋白水平较高的斑马鱼表现出更强的耐热性（Islam等人，2020）。在鲶鱼中，那些具备耐热性的种群会上调血红蛋白基因的表达，以此提升血红蛋白含量，增强其抵御热应力的能力（Feng等人，2014）。同样，在甲壳类动物中，耐热的水蚤即使在非胁迫条件下也能持续保持较高的血红蛋白表达水平，并通过血红蛋白介导的抗氧化机制来增强自身的耐热适应性（Williams等人，2012；Yampolsky等人，2014）。尽管已有这些研究结果，但血红蛋白在介导热应力反应中的具体作用尚未被充分阐明。因此，弄清控制血蛤热应力反应的分子机制，尤其是与不同血红蛋白水平相关的机制，显得尤为重要。

先前的研究已经确定了一系列血红蛋白基因（HbI、HbIIA、HbIIB和HbIII）以及与Hox5相关的SNP是影响血蛤HC值的关键遗传因素（Bao等人，2021；He等人，2024b）。双壳类动物中红色血液的特征十分少见，而血红蛋白基因也仅在Anadara属的红色血液物种中被发现。因此，这些物种成为了研究血红蛋白的独特模型。在血蛤中，HbI、HbIIA和HbIIB已被证实参与氧气的运输，而HbIII的功能目前尚不明确（Zhang等人，2025）。HC值与红细胞生成之间的关联已有大量研究证实（Zivot等人，2018）。在脊椎动物中，miRNA在调控造血过程中起着至关重要的作用：它们不仅掌控着造血细胞的分化，还能通过靶向转录因子、生长因子受体以及能够调节细胞对外界刺激反应的特定转录本来调控细胞功能（Havelange和Garzon，2010）。例如，miR-150、miR-15a和miR-126已知可通过靶向c-Myb来影响红细胞生成，而miR-221/222则是最早被发现的参与红细胞生成调控的miRNA之一（Byon和Papayannopoulou，2012）。这些研究结果凸显了转录后调控机制，以及基因组调控和转录调控机制，都是血蛤HC值调控过程中的重要方面，值得进一步深入研究。

为弄清血蛤在温度升高的环境下如何维持较高的血红蛋白水平，本研究探讨了不同HC值血蛤在热应力作用下所对应的分子调控机制。我们对比了处于热应力环境中的高HC值和低HC值血蛤的存活率、酶活性以及其他相关指标，并以维持在25℃条件下的未受胁迫对照组作为参照。通过mRNA和miRNA转录组测序，我们识别出了可能调控血蛤热应力反应、并导致温度升高时HC值出现差异的关键miRNA及其靶基因。我们还利用双荧光素酶报告基因实验分析了这些miRNA与其靶基因之间的相互作用。这些研究结果有助于揭示在热应力作用下不同HC值血蛤的miRNA-mRNA调控网络，从而为了解它们的适应机制提供重要依据。

章节摘要

热应力下存活率及血红蛋白相关特征的测定

本研究中的成年血蛤采集自中国浙江省宁海的潮间带。浙江省的血蛤种群往往存在因水产养殖导致的基因渗入现象，因此尽管这些个体是从开阔的潮间带采集的，但仍可能与养殖种群存在遗传背景上的相似性（He等人，2026）。这些蛤蜊被喂食浓度约为10⁶个细胞/毫升的Chaetoceros muelleri作为食物。在实验开始之前

存活率

我们检测了高HC值和低HC值血蛤的存活率。研究结果显示，低HC值组（TL）的蛤蜊在10天时死亡率就已显著上升，到14天时则全部死亡。而高HC值组（TH）在14天时的存活率仍可达90%（图1a）。这些数据表明，相比低HC值的蛤蜊，高HC值的血蛤具有更强的耐高温能力

不同HC值血蛤在热应力下的酶活性

血红蛋白是血蛤的重要特征，为其带来了较高的经济价值以及良好的风味。但我们的研究却发现，热应力会降低A. granosa血蛤的HC值，进而提高其死亡率。在双壳类动物中，已有众多研究证明热应力会引发氧化应激并导致代谢变化（He等人，2024a；Matoo等人，2013；Wang等人，2018）。在不同HC值的血蛤中，其存活率和酶活性也会出现相应变化

结论

在本研究中，我们探究了A. granosa（血蛤）在热应力作用下HC值出现差异的分子机制。酶活性检测结果表明，不同HC值的血蛤是通过调控氧化应激反应和代谢途径来适应热应力的。尤其值得注意的是，高HC值的蛤蜊在适应能力、耐受性以及抗热应力能力方面均更为出色。对C组与TH组以及C组与TL组的转录组分析表明，存在一些关键的调控因子在起作用

CRediT作者贡献说明

Xin He：概念设计、数据整理、资金获取、论文初稿撰写。Xiaohui Guan：软件使用、数据可视化、论文初稿撰写。Junfa Shao：结果验证。Yongbo Bao：概念设计、资金获取。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本项研究得到了以下机构的财政支持：中国国家自然科学基金（编号：32273123）、浙江省重点自然科学基金（编号：ZCLZ25C0401）、浙江省重大科技专项（编号：2021C02069-7）、宁波市重点自然科学基金（编号：2023J042）、浙江省科学基金（编号：LQN25C190004），以及浙江省生物工程一级重点学科（编号：ZS2025008）。

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