《Ecology and Evolution》：A Comparison of Juvenile and Adult Sunflower Sea Star Transcriptomic Responses to Challenge With Sea Star Wasting Disease Tissue Homogenates
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海星消耗病（sea star wasting disease, SSWD）已对东北太平洋沿岸超过二十种海星物种造成影响，其中部分物种的易感性似乎高于其他物种。曾经常见的太阳海星（*Pycnopodia helianthoides*）已被迫濒临灭绝。对自然发生的
海星消耗病（sea star wasting disease, SSWD）已对东北太平洋沿岸超过二十种海星物种造成影响，其中部分物种的易感性似乎高于其他物种。曾经常见的太阳海星（*Pycnopodia helianthoides*）已被迫濒临灭绝。对自然发生的SSWD爆发的观察表明，成体的死亡率高于幼体，提示易感性可能具有年龄依赖性。研究人员通过在受控实验室条件下，将幼体与成体*P. helianthoides*暴露于由患病成体*P. helianthoides*制备的未过滤组织匀浆中，评估了免疫反应年龄相关差异的假说。研究人员采用转录组学方法，在两个独立的疾病攻击试验中比较了暴露于SSWD的成体与幼体*P. helianthoides*的免疫应答。在两项试验中，所有暴露于疾病的的海星均表现出与SSWD一致的疾病体征，且各年龄组之间的结局没有可观察到的差异，尽管鉴定出了由年龄驱动的差异表达基因，其功能涉及发育、信号转导、分化以及应激与代谢调控。转录组学测序数据集显示，大多数差异表达基因在两个实验间是共有的，表明存在对SSWD的核心响应，且该响应在第二项试验中未随年龄组而异。功能注释鉴定出一个对明显患有SSWD的组织匀浆进行攻击时的核心转录响应，包括注释为具有防御细菌应答功能的基因。
**研究背景与问题**
海星消耗病（sea star wasting disease, SSWD）自2013年起在东北太平洋沿岸大规模爆发，已影响超过二十种海星物种，其中太阳海星（*Pycnopodia helianthoides*）受灾最为严重，估计损失约57.5亿个个体，在加州等地已功能性灭绝。作为海胆捕食者，*P. helianthoides*对维持海藻林生态系统平衡具有基石作用，其种群崩溃已导致海藻林生态系统严重退化。野外观察显示，SSWD爆发中成体太阳海星消耗现象普遍，而幼体较少出现耗竭迹象，提示易感性可能具有年龄依赖性。然而，这种年龄相关的抗性是否存在及其分子机制尚不清楚。近期研究已鉴定出SSWD的细菌性病原体鳗弧菌（*Vibrio pectenicida*）菌株FHCF-3，但太阳海星对该病原的免疫应答机制仍鲜有探索。理解不同生命阶段海星的免疫应答差异，对于制定濒危物种保护策略和恢复海藻林生态系统具有重要意义。
**研究目的与意义**
研究人员旨在通过受控实验，比较幼体和成体*P. helianthoides*对SSWD暴露的免疫应答差异。具体目标包括：（1）刻画*P. helianthoides*在暴露于患病组织匀浆后的免疫应答特征；（2）比较成体与幼体对SSWD的易感性是否存在差异。研究结果将有助于评估太阳海星不同生命阶段的疾病抵抗力，为保护性繁殖计划提供科学依据。
**主要技术方法**
研究人员于2021年和2022年夏季在华盛顿州多个位点采集成体（直径>40 cm）和幼体（直径8–20 cm）*P. helianthoides*。开展两项受控疾病挑战实验：仅包含成体的"Adult SSWD Challenge"和包含成体与幼体两个年龄组的"Age Class SSWD Challenge"。实验组注射来自患病成体的未过滤组织匀浆（后续证实含有*V. pectenicida*），对照组注射热灭活组织匀浆。当患病海星出现臂自切体征时，非致死性采集体腔细胞（coelomocytes）进行RNA提取。利用Illumina NovaSeq平台开展RNAseq测序（150 bp双端读长），测序数据经fastp质控后，使用hisat2和stringtie比对至*P. helianthoides*基因组（Schiebelhut et al. 2024），并通过BLASTx搜索进行基因注释。DEG分析采用DESeq2软件包，功能富集分析基于DAVID数据库。
**研究结果**
**1. 疾病进展与存活率**
在Adult SSWD挑战中，8只对照海星在14天实验期内无疾病体征；8只暴露海星中6只死亡，其余2只出现疾病体征。在Age Class SSWD挑战中，所有暴露海星（成体n=9，幼体n=10）均死亡，而所有对照海星（成体n=15，幼体n=15）保持无疾病体征。幼体（12.3天，SE ±0.495）较成体（14.1天，SE ±0.512）死亡显著更快（ANOVA，p=0.02），说明虽然死亡率无差异，但疾病进展速度存在年龄差异。
**2. RNAseq比对与注释**
共有23,464个基因与*P. helianthoides*基因组比对，17,678个基因有注释信息。主成分分析（PCA）显示样本按处理组而非年龄组聚类，表明转录组响应的主要驱动力是暴露处理而非年龄因素。
**3. 差异基因表达**
Adult SSWD挑战鉴定出6,938个DEGs（4,003个在暴露组中表达上调）；Age Class挑战鉴定出6,237个DEGs（3,628个上调）。在多因素分析中，控制年龄因素后DEGs数量为6,202个。对比分析鉴定出82个纯年龄驱动DEGs，年龄与处理交互作用产生140个DEGs，这些基因主要与发育、信号转导、分化和应激代谢调控相关。两个实验共有4,114个共享DEGs（占全部DEGs的45.4%），其中99.7%的表达方向一致，归属于70个基因本体（GOSlim）功能类别。
**4. 功能富集分析**
对共享DEGs进行功能富集分析，得到211个过度表征的生物过程，其中9个具有显著统计学意义（Benjamini–Hochberg校正p<0.05），包括：泛素依赖性蛋白质分解代谢过程、肿瘤坏死因子介导的信号通路、蛋白质水解、蛋白酶体介导的泛素依赖性蛋白分解代谢过程、以及细菌防御应答。共有488个DEGs参与这些富集的生物过程。
**免疫相关关键基因**
鉴定出的关键免疫基因涉及多个通路：凋亡（RIPK1、JNK等）、NF-κB信号通路（TRAF5/2/4/6等）、MAPK信号传导、炎症反应以及Toll样受体信号通路（MYD88）。其中MYD88基因在暴露海星中表达上调，编码Toll样受体接头蛋白，能够识别多种微生物分子模式。
**讨论与结论总结**
研究表明，幼体太阳海星对SSWD同样具有易感性，这与野外观察到的幼体很少出现耗竭的想象形成对比。幼体较快的死亡时间可能解释了野外很少观察到患病幼体的现象。两个独立实验组间大量共享的DEGs表明存在一套对SSWD的核心转录响应基因。富集到的生物过程（如防御细菌应答、TNF介导的信号通路）显示太阳海星正积极应对微生物（包括细菌）引起的感染。MYD88的调控表达指示了Toll样受体信号通路的激活，NF-κB信号传导表明免疫细胞分化和炎症反应的驱动。蛋白降解相关基因（如RNF31、RGLG4）和防御细菌应答的RNA加工基因（如DHX15）的调控表达也表明海星正在通过泛素-蛋白酶体途径处理受损蛋白并应对细菌攻击。
**研究结论**
幼年*P. helianthoides*同样易患海星消耗病。两项独立实验组间大量转录响应的重叠揭示了太阳海星在耗竭状态下存在与免疫应答相关的一组核心基因。两个实验中富集的生物过程（如细菌防御应答、TNF介导的信号通路）表明*P. helianthoides*正在积极抵御微生物（包括细菌）的感染。该研究为理解太阳海星不同生命阶段免疫差异的分子机制提供了核心数据，也为保护繁殖策略的制定提供了科学信息。
