长江所在长丰鲢耐低氧性状遗传解析方面取得新进展-中国水产科学研究院

长江所在长丰鲢耐低氧性状遗传解析方面取得新进展

2022-03-25 14:19:02 来源：长江水产研究所

日前，中国水产科学研究院长江水产研究所邹桂伟研究员牵头的鲢鳝遗传育种创新团队在长丰鲢低氧胁迫下的分子响应机制解析方面取得新进展。团队围绕长丰鲢耐低氧优良性状形成的分子基础，通过组织学、生理生化及蛋白组和转录组学分析，揭示了低氧胁迫下长丰鲢不同组织的生理响应，并筛选鉴定出了对低氧显著应答的蛋白和分子信号通路。

团队研究发现，肝脏作为重要的代谢和能量供给器官，在急性低氧胁迫下，主要以糖酵解和氨基酸代谢进行供能。在此过程中，分别筛选鉴定到42个、13个和19个差异蛋白，主要在肝脏细胞骨架合成、细胞内氧化应激和铁死亡、免疫防御相关过程中发挥应答作用，对于维持肝脏正常生理功能具有重要作用（Li et al., Antioxidants, 2022）。脑作为生命机能的主要调节器，低氧胁迫下，脑中参与神经系统发育的neurotransmitter transport、neurotransmitter:sodium symporter activity等GO term显著富集。进一步研究发现，脑内生长激素抑制素（SST1A）含量升高，推测可能是造成鱼类低氧下生长减缓的原因之一；多巴胺降解酶（COMT）含量降低，可能导致多巴胺积累，进而造成性腺发育迟缓（Li et al., Antioxidants, 2022；Feng et al., Comp. Biochem. Physiol. Part D Genom. Proteom., 2022）。

图1 蛋白组学分析低氧-复氧胁迫下鲢肝脏与脑的损伤

团队对不同程度低氧胁迫下的心脏组织进行转录组分析，获得低氧胁迫下最显著富集的PI3K-Akt signaling pathway、FoxO signaling pathway和 JAK-STAT signaling pathway三个KEGG信号通路，并利用DDIT4、EGLN、FOXO1、PEPCK、HIF-1α等20个显著差异表达基因绘制出糖酵解、血管生成、抗凋亡、氧化应激、细胞自噬等应答反应的调控网络图，进而阐明心脏组织应对低氧胁迫的响应机制（Li et al., Comp. Biochem. Physiol. Part D Genom. Proteom., 2021）。

图2 转录组学分析鲢心脏应对低氧胁迫的生理和分子响应

团队在不同程度低氧胁迫下，共鉴定出与低氧胁迫相关的已知miRNA 299个、新miRNA 391个，预测差异miRNA的靶基因并通过实验证实了miR-17a-5p与低氧胁迫的明星分子低氧诱导因子-1α（Hypoxia Inducible Factor-1α, HIF-1α）存在直接靶向关系（Wang et al., Animals, 2021），进而分析了低氧胁迫下维持HIF-1α稳定性的关键调节因子辅氨酰羟化酶（Prolyl Hydroxylase Domain, PHD）基因家族的分子应答，为后续开展鲢耐低氧新品种的选育提供了一定的理论依据（Li et al., Animals, 2022）。

长丰鲢是长江所采用人工雌核发育、群体选育和分子标记辅助选择相结合的综合育种技术培育出的养殖新品种（品种登记号：GS01-001-2010），是“四大家鱼”的第一个水产新品种，其具有耐低氧、生长快、体型好、适应性强等优良性状，适合在全国可控的淡水水体中养殖。该品种为国家大宗淡水鱼产业技术体系推荐新品种，被农业农村部列为农业主推品种，已推广至全国27个省、市或自治区，产生了显著的经济效益、社会效益与生态效益，为广大养殖企业(户)的增产、增收做出了重要贡献。

相关研究成果分别在《Antioxidants》（JCR1区，IF 6.313）、《Animals》（JCR1区，IF 2.752）、《Comparative Biochemistry and Physiology - Part D: Genomics and Proteomics》等杂志上发表。

上述研究工作得到了国家重点研发计划（2018YFD0900302）、中国水产科学研究院基本科研业务费（2020TD33）、国家现代农业产业技术体系（CARS-45）、湖北洪山实验室开放课题（2021hskf014）等项目的资助。团队成员李晓晖、冯翠、王巧欣分别为第一作者，邹桂伟研究员和梁宏伟研究员为通讯作者。