《Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology》：Temperature-dependent differences in seawater tolerance between amphidromous and landlocked ayu
Plecoglossus altivelis
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•比较了降海型和陆封型香鱼的盐度和温度耐受性。•幼体陆封型香鱼表现出较低的海水适应能力。•海水耐受性的降低是由于海水型离子细胞出现的延迟。•两个种群在孵化前均拥有海水型离子细胞，用于准备性适应。•在升高温度下，幼体陆封型香鱼的盐度耐受性降低。引言渗透调节是一个基本的生理过程，
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比较了降海型和陆封型香鱼的盐度和温度耐受性。
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幼体陆封型香鱼表现出较低的海水适应能力。
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海水耐受性的降低是由于海水型离子细胞出现的延迟。
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两个种群在孵化前均拥有海水型离子细胞，用于准备性适应。
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在升高温度下，幼体陆封型香鱼的盐度耐受性降低。
引言
渗透调节是一个基本的生理过程，维持体液稳态，这对最佳的细胞功能至关重要。在硬骨鱼中，如同大多数脊椎动物一样，血浆渗透压维持在恒定水平，约为海水 (SW) 渗透压的三分之一。这种稳态调节是通过参与离子和水转运的器官的协调作用来实现的，即鳃、肾脏和肠道。在这些器官中，鳃离子细胞在维持离子平衡方面起着关键作用。离子细胞，也称为氯细胞或线粒体丰富细胞，负责在淡水 (FW) 中摄取离子和在 SW 中分泌离子 (Hwang 和 Lin, 2013)。离子细胞的功能由顶膜和基底侧质膜中各种离子转运蛋白的分布决定。
在离子转运蛋白中，Na+/K+-ATPase (Nka) 起着关键作用，通过在质膜上产生化学和电梯度来进行离子调节。这为 FW 和 SW 中的离子转运提供了驱动力。目前被接受的模型提出，适应 SW 的鱼类中的主动离子分泌是由基底膜上的 Nka 和 Na+/K+/2Cl? 协同转运蛋白 1 (Nkcc1) 介导的，这将 Cl? 驱动进入细胞。这一过程与顶膜中的囊性纤维化跨膜传导调节因子 (Cftr) 耦合，Cl? 顺着电化学梯度离开细胞 (Hwang 和 Lin, 2013)。SW 型离子细胞经常与辅助细胞形成多细胞复合体，并且 Na+ 通过旁细胞途径分泌，该途径是阳离子选择性的，位于离子细胞和辅助细胞之间的特化紧密连接内。
相比之下，适应 FW 的硬骨鱼中离子摄取的机制因物种而异。在广盐性的莫桑比克罗非鱼 (Oreochromis mossambicus) 和青鳉 (Oryzias latipes) 中，已鉴定出两种不同的 FW 型离子细胞 (Hsu et al., 2014; Inokuchi et al., 2022)。第一种类型的特征是在顶膜中存在 Na+/Cl? 协同转运蛋白 2 (Ncc2)。第二种类型在顶膜中拥有 Na+/H+ 交换蛋白 3 (Nhe3)。在鲑科鱼类和鳗鲡中，Nhe3 定位于 FW 离子细胞的顶膜，然而 Ncc2 似乎并未在这些物种的鳃中表达 (Hiroi 和 McCormick, 2012)。在大西洋鲑 (Oncorhynchus mykiss) 中，据报道 Slc26a6 而不是 Ncc2 定位于 FW 型离子细胞的顶膜，并负责 Cl? 的摄取 (Kikuchi et al., 2024)。
除了渗透压，温度也被认为是鱼类生理学中的主要非生物因素。硬骨鱼必须对周围环境温度的显著变化做出反应才能生存 (Fangue et al., 2020)。温度升高超过物种特异性阈值会产生细胞水平的应激反应，这部分由一组称为热休克蛋白 (Hsp) 的蛋白质的作用介导。这些蛋白质与其他因素协同作用，修复变性蛋白质，并帮助在应激下维持细胞功能。在鱼类中，Hsp 表达不仅可由温度诱导，也可由其他环境胁迫因子如盐度诱导 (Deane et al., 2002)。
香鱼 (Plecoglossus altivelis, Temminck et Schlegel, 1846) 是胡瓜鱼目的一种鱼类。它分布于整个东亚，具有单次生殖、一年生的生命周期。本地种群主要是降海型的 (Iguchi 和 Tsukamoto, 2001)。秋季孵化后，幼虫立即随河水漂流至下游沿海地区，在那里越冬，然后在春季作为幼鱼迁徙至上游 (Takahashi, 1998; Senta 和 Kinoshita, 1985)。日本最大湖泊琵琶湖中的陆封型香鱼种群表现出几个独特的形态和生理特征，使其与降海型品系区分开来。例如，琵琶湖的陆封型香鱼鳞片数量更多 (Nishida, 1986)，产卵季节更早 (Azuma, 1973)，卵更小且在 SW 中幼虫死亡率更高 (Iguchi 和 Yamaguchi, 1994)。
香鱼长期以来是日本最有价值的内陆渔业资源之一，具有相当重大的经济、文化和生态意义。尽管如此重要，本地资源逐渐减少，1990 年至 2019 年间总年捕捞量减少了约九倍 (Khatun et al., 2023)。香鱼也是日本传统休闲钓鱼的热门对象，陆封型个体尤其是琵琶湖的个体更受青睐，因为它们强烈的领地行为使其更容易捕获。非本地陆封型香鱼的放流始于 1913 年，此后使用这些鱼进行的移植在日本河流中被广泛推广。然而，尽管有超过一个世纪的放流历史，据估计陆封型香鱼并未在放流的河流中贡献自然繁殖。
尽管琵琶湖的陆封型香鱼可以在目标溪流中成功成熟和产卵，但在从海洋迁徙至河流的幼鱼中未检测到陆封品系的遗传标记 (Iwata et al., 2007)。提出的一个原因是陆封种群失去了 SW 耐受性。另一个潜在因素是高温会损害 SW 适应能力。由于陆封型香鱼在河流中的产卵时间比降海型早约两个月，在 9 月产卵高峰时 SW 温度约为 24 °C，而 11 月约为 18 °C，它们可能会遇到更高的 SW 温度。这可能导致 SW 迁徙后的高死亡率。如果放流的陆封型香鱼存活率低，两种形式之间的杂交可能导致本地降海型种群在盐度耐受性方面的遗传干扰。因此，明确降海型和陆封型香鱼在盐度和温度耐受性方面的差异对于香鱼种群的 conservation 和管理至关重要。
本研究旨在检查降海型和陆封型香鱼之间 SW 适应能力差异背后的机制，特别关注水温的影响。两个种群的幼体和幼鱼香鱼在 18 °C 或 24 °C 的 FW 中饲养，随后转移至 SW。我们测量了存活率和生理反应，包括从 FW 转移至 SW 后的血浆渗透压、基因表达和 SW 型离子细胞的出现。
章节摘要
鱼类
幼体降海型和陆封型香鱼分别采集自狩野川河口区域和琵琶湖。随后，它们在静冈县香鱼养殖中心使用 16 °C 的地下水和滋贺县渔业试验站使用 17 °C 的地下水饲养了超过两个月。然后，将幼体降海型和陆封型香鱼从这些设施运输到东京大学进行转移实验。两个装有 30 的 100 升水箱
幼体香鱼的存活率
在 18 °C 下转移至 SW 的降海型香鱼中未记录到死亡。只有两条鱼死亡，在 24 °C 下转移的降海型香鱼最终存活率为 90%。陆封型香鱼的存活率在两种温度下转移后 2 天急剧下降，并在 24 °C 下持续下降直到第 7 天。该种群在 18 °C 和 24 °C 下的最终存活率分别为 25% 和 5%。两者之间未检测到存活率的统计差异
讨论
本研究比较了水温对不同发育阶段的降海型和陆封型香鱼 SW 适应能力的影响。在幼体香鱼中，陆封型表现出明显较低的 SW 适应能力（转移至 SW 后存活率较低且血浆渗透压较高），与降海型相比。这种差异主要是由于陆封型鳃中 SW 型离子细胞出现的延迟。虽然温度对
CRediT 作者贡献声明
Yuto Otsu: 写作 – 初稿，调查，形式分析，数据整理。 Riku Sasaki: 调查。 Makoto Kusakabe: 写作 – 审阅与编辑，资源，资金获取。 Kazuhiro Sugahara: 写作 – 审阅与编辑，资源。 Masahiro Nakamura: 写作 – 审阅与编辑，资金获取。 Mayu Inokuchi: 写作 – 初稿，调查，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。
伦理声明
本研究按照 ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。
本研究经东京大学机构动物护理和使用委员会批准。
(批准号 P24-066)
资金
本研究由 KAKENHI 补助金（编号 24K09066）资助，来自 日本学术振兴会 (JSPS) 和授予 M.I. 的 资生堂女性研究人员科学补助金。
竞争利益声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这可能影响本论文中报告的工作。
致谢
感谢静冈大学的松尾周平先生在幼体香鱼组织采样方面的帮助。我们也感谢圣玛丽安娜医科大学医院的广井淳也博士提供抗 Nhe3 抗体并进行有益讨论。
Yuto Otsu|Riku Sasaki|Makoto Kusakabe|Kazuhiro Sugahara|Masahiro Nakamura|Mayu Inokuchi
