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NaHCO3碱度驯化下黑鲷应激响应与耐受机制OA北大核心

Stress responses and tolerance mechanisms of Acanthopagrus schlegelii during acclimation to NaHCO3-induced alkalinity

中文摘要英文摘要

为探究长期驯化黑鲷(Acanthopagrus schlegelii)对NaHCO3 碱度的响应和适应机制.本研究以黑鲷幼鱼作为研究对象,进行 50 d碱度驯化实验,比较 16、32 mmol/L碱度处理组和对照组的鳃组织学,鳃转录组和血清生理参数差异.结果显示在组织学方面,长期碱度环境促使黑鲷鳃小片增生,上皮细胞及间质出现水肿增生现象,从分子层面来看,碱度胁迫引发紧密连接相关基因上调,强化细胞间连接、降低通透性抵御碱度影响;鳃重塑与细胞凋亡、细胞增殖紧密相连,16 mmol/L碱度组初期存在凋亡并恢复的情况,32 mmol/L碱度组因apaf1 含量低凋亡不显著,且处于低氧状态,缺氧诱导因子上调、增殖通路受到抑制.在离子转运与氨转运调节上,AQP3a下调引发鳃水肿,而NBCe1 协同CA-II,氨转运蛋白基因Rhcga、Rhcgb、Rhbg等在碱胁迫初期上调,长期驯化后 16 mmol/L组Rhcgb维持较高水平,使其血清NH3 含量较低,且各处理组血清pH、乳酸等指标稳定.综上,在 16 mmol/L处理时依靠重塑鳃形态结构以及离子调节基因和氨转运蛋白的协同作用,实现了更好的排氨效果.32 mmol/L处理时黑鲷通过低氧诱导途径,以高耗能为代价维持细胞功能,同时抑制细胞凋亡和细胞增殖,再通过离子调节和氨转运蛋白来维持体内氨平衡.本研究有助于深入了解黑鲷在碱度环境下的适应性调节机制,为耐盐碱鱼类优良品种选育和培养提供理论依据.

To explore the responses and adaptive mechanisms underlying long-term acclimation of Acanthopagrus schlegelii(blackhead seabream)to NaHCO3-induced alkalinity,this study used juveniles as the research subjects and conducted a 50-day alkalinity acclimation experiment.It compared the differences in gill histology,gill tran-scriptomics,and serum physiological parameters among the 16 and 32 mmol/L NaHCO3 treatment and control groups.Histological analysis revealed that prolonged exposure to alkalinity induced hyperplasia of the gill lamellae and edema in the epithelial cells and interstitium.At the molecular level,alkaline stress upregulated tight junc-tion-related genes,strengthening intercellular connections and reducing permeability to resist the adverse effects.Gill remodeling was closely related to cell apoptosis and proliferation.In the 16 mmol/L group,apoptosis occurred initially,and the cells then recovered.However,in the 32 mmol/L group,apoptosis was insignificant due to low APAF1 levels.The group was also in a hypoxic state,with the upregulation of hypoxia-inducible factors and inhibi-tion of proliferation-related pathways.In terms of ion transport and ammonia regulation,the downregulation of AQP3a contributed to gill edema;NBCe1,CA-Ⅱ,and ammonia transporter-encoding genes such as Rhcga,Rhcgb,and Rhbg were initially upregulated in response to alkaline stress.After long-term acclimation,Rhcgb levels re-mained high in the 16 mmol/L group,resulting in lower serum NH3 content and pH,lactate,but other indicators remained stable across all treatment groups.In summary,at 16 mmol/L,ammonia excretion was enhanced through the remodeling of gill morphology and the synergistic action of ion-regulatory genes and ammonia transporters.At 32 mmol/L,blackhead seabream maintained cellular function at a high energy cost through hypoxia-induced path-ways,inhibiting cell apoptosis and proliferation and perpetuating ammonia homeostasis through regulating ion lev-els and ammonia transporters.This study helps to further understand the adaptive regulatory mechanisms of black-head seabream under alkaline conditions and provides a theoretical basis for the selection and cultivation of salt-and alkali-tolerant fish species.

阙嘉华;李军;郭肖扬;徐世宏;贾超峰;孟乾;林子豪;李纪元;许钦航;王彦丰

中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛海洋科技中心 海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国科学院大学,北京 100049||中国科学院 海洋大科学研究中心,山东 青岛 266071中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛海洋科技中心 海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国科学院 海洋大科学研究中心,山东 青岛 266071中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛农业大学 生命科学学院,山东 青岛 266109中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛海洋科技中心 海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国科学院 海洋大科学研究中心,山东 青岛 266071江苏省海洋水产研究所,江苏 南通 226007江苏省海洋水产研究所,江苏 南通 226007中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛海洋科技中心 海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国科学院大学,北京 100049||中国科学院 海洋大科学研究中心,山东 青岛 266071中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛海洋科技中心 海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国科学院大学,北京 100049||中国科学院 海洋大科学研究中心,山东 青岛 266071中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛海洋科技中心 海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国科学院大学,北京 100049||中国科学院 海洋大科学研究中心,山东 青岛 266071中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室,山东 青岛 266071||青岛海洋科技中心 海洋生物学与生物技术功能实验室,山东 青岛 266237||中国科学院 海洋大科学研究中心,山东 青岛 266071

农业科技

黑鲷(Acanthopagrus schlegelii)碱度驯化鳃重塑氨转运离子转运

Acanthopagrus schlegeliialkalinity domesticationgill remodelingammonia transportion transport

《海洋科学》 2025 (4)

39-55,17

国家自然科学基金联合基金重点项目(U24A20456) National Natural Science Foundation of China-Joint Fund Key Program Project,No.U24A20456

10.11759/hykx20241225003

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