海葵Nematostella vectensis幼虫期热休克暴露的发育可塑性与长期遗留效应

《EvoDevo》：Heat shock induces delayed development leading to carryover effects in the sea anemone Nematostella vectensis

　　

摘要

背景

动物在发育过程中暴露于应激性环境条件会干扰发育进程并引发持久的生理效应。动物可通过生理可塑性和发育可塑性减轻应激的负面影响，然而这些过程及其相关分子机制在大多数物种中仍未得到阐明。对于海洋无脊椎动物而言，这一问题日益紧迫，因为它们通常具有在外发育的早期生命阶段，而这些阶段正受到气候变化的威胁。我们假设海洋刺胞动物Nematostella vectensis——一种适应高度多变环境条件的海洋无脊椎动物，包括昼夜温差波动超过20°C——将表现出发育可塑性。为验证这一假设，我们表征了N. vectensis幼虫和稚体在幼虫期经历短暂亚致死性热休克（39°C处理1小时，较18°C环境温度高出21°C）后的发育速率、生理状态和基因表达变化。

结果

热休克导致回归环境温度后发育延迟，转录组变化表明出现了显著的应激反应，其中包括热休克途径和固有免疫途径的激活。经历热休克的幼虫还表现出代谢紊乱的证据，包括脂质储存的快速耗竭和需氧呼吸速率的暂时性下降。此外，尽管在环境温度下恢复了超过一周，幼虫期曾暴露于热休克中的稚体仍表现出负面遗留效应，包括体型减小和耐热性降低，这可能是热诱导的细胞损伤和代谢紊乱所致。

结论

这些发现表明环境因素塑造了N. vectensis的发育结局，并为刺胞动物发育可塑性背后的机制提供了见解。这些结果还表明，即使适应了高温变异性较强的河口物种，也可能受到极端高温应激的负面影响，强调了迅速采取干预措施以限制海洋进一步变暖的重要性。