NaHCO3生境胁迫下鲫鳃代谢组学研究

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本研究以方正银鲫(Carassius auratus)为研究对象,检测并分析了在碳酸氢钠(NaHCO3)胁迫下,方正银鲫血清中氨、尿素氮(BUN)含量以及鳃组织中抗氧化生化指标的变化情况;在此基础上,通过对靶器官鳃组织代谢组学样品前处理的方法研究,并开展了不同浓度NaHCO3胁迫下的鲫鳃代谢组学分析,筛选出了89种差异表达代谢物(Differential Expressed Metabolites,DEMs),并解析了12种与碱胁迫相关的代谢通路;最后,结合第二代转录测序技术,筛选出鲫鳃耐盐碱过程中的差异表达基因(Differential Expressed Genes,DEGs),从分子层面初步解析了方正银鲫耐盐碱机制。1、碳酸氢钠胁迫对方正银鲫生化指标的影响为阐明NaHCO3碱胁迫对方正银鲫血清中血氨、尿素氮(BUN)、鳃组织的抗氧化生化指标的影响,本研究设置了1个淡水对照组(Con),3个NaHCO3处理组:20 mmol/L(CA20)、40 mmol/L(CA40)、60 mmol/L(CA60)。实验结果显示:随着NaHCO3浓度的升高,方正银鲫血清中血氨和BUN的含量呈现升高的趋势,与Con组相比,NaHCO3处理组显著升高(p<0.05);与Con组相比,鳃组织中丙二醛(MDA)含量、总超氧化物歧化酶(T-SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性均呈现显著变化(p<0.05)。综上,碳酸盐碱胁迫下方正银鲫体内的氨累积,出现无法正常排泄的情况,这为方正银鲫耐盐碱的研究提供了方向。同时,方正银鲫能通过自身的调控,以适应外界盐碱环境。2、碳酸氢钠胁迫对方正银鲫代谢的影响在利用非靶向代谢组学技术研究鱼类鳃靶器官的实验过程中,应用代谢组学研究常用的技术:超高效液相色谱-飞行时间质谱(Ultra-Performance Liquid Chromatography time-of-flight Mass Spectrometry,UPLC-Q-TOF/MS)技术,首先对鱼鳃样品的前处理方法进行了优化。实验采用液相提取净化法,对于不同种类的有机试剂、提取剂用量和提取温度等条件,考察了其对鳃组织中代谢物提取的覆盖率、稳定性的影响。结果表明:针对代谢组学所需的30 mg鳃组织,添加480μL经4℃预冷的80%甲醇水溶液(v/v),经组织研磨机充分研磨后冰水浴超声10 min,置于-20℃下静置30 min,最后在转速为13000 rpm下离心15 min,离心时温度为4℃,取离心后的上层溶液300μL,经0.22μm有机相滤膜过滤至进样瓶,经UPLC-Q-TOF/MS采集的代谢物覆盖率最大、稳定性最好,该方法提取效果最好。同时利用穿插在检测序列中的质量控制(Quality control,QC)样品进行了方法学考察,选择葡萄糖(Glucose)、L-亮氨酸(L-Leucine)、柠檬酸(Citric acid)等6种不同极性的内源代表性代谢物来评估,计算结果显示,本样品前处理方法的仪器精密度、方法精密度和样品稳定性均良好。采用上述建立的鳃组织代谢组学样品处理方法,应用UPLC-Q-TOF/MS技术,检测了NaHCO3胁迫下方正银鲫鳃靶器官的代谢物,分别获得了Con组和3个NaHCO3处理组具有稳定性和重现性的原始数据。对原始数据进行数据预处理、统计分析后鉴定出89个DEMs,其中50个上调,39个下调。对这些DEMs进行通路分析,发现了12条代谢通路受到影响,其中甘油磷脂代谢(p值0.0041)较为显著。3、碳酸氢钠胁迫后方正银鲫鳃转录组的比较研究本研究采用的第二代测序技术,分析了Con组和CA60组鳃组织信使核糖核酸(m RNA)水平上的差异表达。应用直系同源蛋白质家族数据库(Cluster of Orthologous Groups,COG)数据库注释到18个类别,聚类基因最多的已知通路为修饰蛋白。应用基因本体论数据库(Gene Ontology,GO)富集分析,DMGs富集了氨跨膜运输、氨运输、一碳复合运输等18条GO类别(p-adjust<0.5);应用京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析,富集了近端小管碳酸氢盐回收、氮代谢、细胞凋亡等19条KEGG通路(p-adjust<0.5)。本研究一方面丰富了方正银鲫在NaHCO3胁迫下的转录组数据,另一方面也为该物种在环境因子的刺激下应答机制提供了新的研究思路,进一步明确了方正银鲫耐盐碱胁迫的分子机制,同时寻求耐盐碱相关基因集相关信号通路,为方正银鲫暴露于NaHCO3的致病机理提供新的理论指导。
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