Effect of high temperature stress on intestinal tissues morphology and transcriptome of Procambarus clarkii
-
摘要:
为探究克氏原螯虾 (Procambarus clarkii) 肠道在接近其生理极限的高温胁迫下的作用机制，对其进行32 和37 ℃的高温胁迫实验，分别于胁迫24、72 h后收集肠道组织，进行组织切片观察和转录组学分析。结果表明，高温对克氏原螯虾的肠道组织结构造成了明显损伤，且随着胁迫温度和胁迫时间的增加，损伤加剧。与对照组 (26 ℃) 相比，在32 ℃胁迫24和72 h条件下，分别鉴定到2 462和4 619个差异基因；在37 ℃胁迫24和72 h条件下，分别鉴定到1 825和7 298个差异基因。KEGG富集分析结果显示，差异基因在内质网蛋白加工、代谢途径等通路中显著富集，其中在同一胁迫时间内胁迫温度从32 ℃升至37 ℃时，内质网蛋白加工通路富集频率升高，表明其在应对高温胁迫中发挥重要作用；GO功能注释显示，差异基因主要在碳水化合物代谢、蛋白质折叠等相关过程中显著富集。
Abstract:To explore the mechanism of the intestinal tract of red swamp crayfish (Procambarus clarkii) under high temperature stress close to its physiological limit, we conducted the high-temperature stress experiments at 32 ℃ and 37 ℃, and collected the intestinal tissues after 24 h and 72 h of stress, for tissue sectioning observation and transcriptomic analysis. The results show that high temperature caused significant damages to the intestinal tissue structure of crayfish, and the damage increased with the increase of stress temperature and stress time. Compared with the control group (26 ℃), 2 462 and 4 619 differentially expressed genes (DEGs) were identified during 32 ℃ stress for 24 h and 72 h, respectively. During 37 ℃ stress for 24 h and 72 h, 1 825 and 7 298 DEGs were identified, respectively. KEGG enrichment analysis shows that the DEGs were significantly enriched in the endoplasmic reticulum protein processing and metabolic pathways, and the enrichment frequency of endoplasmic reticulum protein processing pathways increased when the stress temperature increased from 32 ℃ to 37 ℃ during the same stress time, which indicates that they played an important role in coping with high temperature stress. According to the GO functional annotation, DEGs were mainly enriched in the energy metabolism-related processes such as carbohydrate metabolism and protein folding.
-
Keywords:
- Procambarus clarkii /
- High-temperature stress /
- Transcriptome /
- Intestine /
- Paraffin section
-
物种共现(species co-occurrence)是对许多生态过程获得更好理解的基本模式，生态学家常通过分析两个或多个物种在一组空间位置中共同出现的频率，评估物种共现的正、负相关性和随机性。对物种共现模式的研究是许多生态研究的基本任务[1]。
传统生态位构建理论认为，物种在群落中的共现是以生态位分化为前提的，生态位相同的物种可能因竞争共同的资源而发生竞争排除，不能稳定共现[2]，同科属的种类往往表现出较接近的生态位，受空间和食物资源的影响，在时间上出现明显的错位分布[3]。而中性理论认为，物种共现与生态位分化无关，物种在扩散限制的边界内随机聚合形成群落[4-5]。虽然生态位理论和中性理论在物种共现方面存在争议，但近年来更多的生态学家倾向于生态位理论和中性理论并非对立，将生态位理论和中性理论整合可以更好地理解群落构建的机理[6-7]。近年来的研究主要集中于环境筛选和生物相互作用在群落构建中的相对重要性。群落物种特征是群落构建的直接作用对象，所以生态学家通过构建群落零模型(null model)、数据随机化(data randomization)等方法来分析实际群落中物种的分布特征与随机过程导致的特征相似和离散性的异同[8-10]。但是这种用于产生随机化矩阵的方法受随机过程本身的影响往往会产生“一类”或“二类”错误，而概率模型不依赖于数据随机化过程，“一类”或“二类”错误的发生率相对较低[11-12]。
网络分析方法(networks theory)可以获得生物过程与生物群落构建之间的关系，利用网络的属性特点可以反映群落中物种之间的相互关系，并能够通过对物种联结节点赋予不同的权重反映物种之间相互作用的强度[13-14]。该理论已经广泛应用在不同层次的群落构建机制研究中，包括对基因和蛋白质相互作用、代谢路径、共现关系以及食物网的分析[13]。另外，共现网络(co-occurrence networks)也被应用在对不同生物群落的构建模式分析中，在网络中可以通过分析种间联结数量和权重识别群落结构中的核心物种[15-17]。
长江口是我国最大的河口，大量淡水和陆源物质注入为海洋鱼类和其他海洋生物提供了良好的生存环境。受河口冲淡水以及潮汐等多种环境因素的影响，长江口生态系统具有较大的时空变化，栖息环境的差异导致了鱼类群落组成的差异[18]。本研究以长江口鱼类群落为研究对象，使用概率模型和网络分析方法，1) 探讨鱼类群落的种间共现模式；2)分析在栖息环境具明显季节差异的河口水域，鱼类种间共现模式和群落聚集程度的变化；3) 识别群落中的核心物种。进而了解长江口鱼类群落构建和生物多样性维持的机制。
1. 材料与方法
1.1 采样方法
于2012—2014年每年的2月(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)和11月(秋季)，对长江口中华鲟自然保护区及附近海域渔业资源进行了定点采样调查，共15个站点(图1)。
调查船为沪崇渔1511号，渔具为双囊底拖网，网口宽6 m，网高2 m，网纲长6 m，囊网网目20 mm。根据GPS定位，当调查船到达站位后，放下拖网，以约2 km·h−1的航速拖曳30 min，随即收网并整理2个囊袋中的渔获物。当渔获物数量较少时，记录全部渔获物的种类、数量、质量、体长等统计量数据，渔获物数量较多时随机抽取一定比例的渔获物进行统计，最后换算成全部渔获物的数量，种类鉴定参考《长江口鱼类》[19]。
1.2 分析方法
随机共现表示2个物种之间的相对分布模式是随机的或独立的，并不表示每个物种的分布都是随机的；正关联的2个物种的分布在空间位置上重叠的可能性更高，负关联的2个物种相反。因此一对物种可能存在的潜在共现关系有3种，即随机、正关联和负关联。这种关联模式的存在可以间接的证明存在某些不确定的生态过程或影响因子导致了特定的种间共现模式[1]。本研究根据每个物种在不同月份和不同站点的渔获数据建立物种出现(1)—不出现(0)的关联矩阵，利用成对概率分析(pair-wise probabilistic analyses)方法验证物种共现的假设[12]。分析在R语言co-occur程序包中进行[20]。该方法可以获得每个种对共现关系的显著性(α>0.05)，并能够识别显著聚集和显著分离的物种。
观察到的种对共现数据用于构建不同季节的种间共现网络，以观察到的鱼类共现关系为边(edges)，以物种作为顶点(nodes)。种间共现网络的构建在R语言igraph程序包中进行[21]。分析物种权度(weighted degree)和中间中心性(betweenness centrality)，以物种权度决定顶点大小。在共现网络中，将群落中与某一物种具有显著正关联的所有物种的种数作为该物种的权度；物种对群落内信息交换的控制能力作为物种的中间中心性，它是将通过节点的二进制最短路径除以2个节点之间的二进制路径的数量来计算的，中间中心性越大，物种对群落内信息交换的控制能力越强，对维持群落结构的稳定就越关键[22]。权重和中间中心性的估算都在R语言tnet程序包中进行[23]。利用局部聚类系数 (local clustering coefficients) 分析物种权重密度，聚类系数是当前与中心节点联结的节点之间的链接数量与可能的链接总数的比例。聚类系数较高的网络具有较强的内聚性[24]。同时使用igraph程序包中的intersection.by.name代码分析每个季节的共现关系都是正相关的种对[21]。
采用相对重要性指数(relative importance index，IRI)作为鱼类优势度的指标：
$${\rm{IRI}} = \left( {N + W} \right) \times F$$ 式中N为某种鱼类占捕获鱼类个体总数的百分比(%)，W为某种鱼类占捕获鱼类总质量的百分比(%)，F为某种鱼类在调查中的出现频率(%)。IRI值大于1 000时为优势种，50~1 000为常见种，其余为偶见种，优势种和常见种为长江口的主要经济鱼类[18]。
所有分析均在R 3.4.3中进行。
2. 结果
调查共发现鱼类38种，属11目18科(表1)。以鲈形目最多(16种)，其中虾虎鱼科最多(9种)，其次是鲱形目和鲽形目各有4种。优势种和常见种共11种。
表 1 长江口鱼类组成 (2012—2014年)Table 1. Fish species composition in Yangtze River estuary (2012−2014)目
Order科
Family种
Species频次
frequency相对重要性指数
IRI鲱形目 Clupeiformes 鳀科 赤鼻棱鳀 Thrissa kammalensis 3 0.62 黄鲫 Setipinna taty 2 0.07 刀鲚 Coilia nasus 56 128.20 凤鲚 Coilia mystus 34 73.15 鲑形目 Salmoniformes 银鱼科 大银鱼 Protosalanx hyalocranius 4 0.18 灯笼鱼目 Myctophiformes 狗母鱼科 龙头鱼 Harpodon nehereus 24 77.77 鳗鲡目 Anguilliformes 海鳗科 海鳗 Muraensox cinereus 3 0.41 鲤形目 Cypriniformes 鲤科 贝氏䱗 Hemiculter bleekeri 3 0.27 长蛇 Saurogobio dumerili 3 0.21 鲇形目 Siluriformes 鲿科 光泽黄颡鱼 Pelteobagrus nitidus 31 58.81 长吻 Leiocassis longirostris 4 0.48 鲻形目 Mugiliformes 鲻科 鲻 Mugil cephalus 2 0.13 鮻 Liza haematocheila 5 0.32 鲈形目 Perciformes 马鲅科 多鳞四指马鲅 Eleutheronema rhadinum 5 0.35 鮨科 中国花鲈 Lateolabrax maculatus 6 1.23 石首鱼科 黄姑鱼 Nibea albifora 16 30.26 白姑鱼 Argyrosomus argentatus 30 47.78 鮸 Miichthys miiuy 8 3.12 棘头梅童鱼 Collichthys lucidus 48 1 340.92 虾虎鱼科 髭缟虾虎鱼 Triaenopogon barbatus 11 7.10 纹缟虾虎鱼 Tridentiger trigonocephalus 1 0.04 波氏吻虾虎鱼 Ctenogobius cliffordpopei 1 0.01 狼牙鳗虾虎鱼 Taenioides anguillaris 54 185.98 拉氏狼牙虾虎鱼 Odontamblyopus lacepedii 5 1.81 睛尾蝌蚪虾虎鱼 Lophiogobius ocellicauda 53 262.44 矛尾虾虎鱼 Chaeturichthys stigmatias 31 198.59 斑尾刺虾虎鱼 Synechogobius ommaturus 11 6.72 孔虾虎鱼 Trypauchen vagina 38 120.72 鲳科 银鲳 Pampus argenteus 8 1.50 䲗科 香斜棘䲗 Repomucenus olidus 2 0.04 鲉形目 Scorpaeniformes 鲂鮄科 小眼绿鳍鱼 Chelidonichthys spinosus 1 0.88 鲬科 鲬 Platycephalus indicus 1 0.01 鲽形目 Pleuronectiformes 舌鳎科 日本须鳎 Paraplagusia japonica 1 0.03 短吻红舌鳎 Cynoglossus joyneri 23 109.89 窄体舌鳎 Cynoglossus gracilis 75 705.37 鳎科 带纹条鳎 Zebrias zebra 1 0.21 鲀形目 Tetraodontiformes 鲀科 暗纹东方鲀 Takifugu obscurus 1 0.02 黄鳍东方鲀 Takifugu xanthopterus 1 0.37 调查期间，38个物种703个种对中，有76个种对呈显著正关联，12个种对为显著负关联，大部分种对(615对，87.5%)为随机关联，且随机关联种对中587对(95.4%)与偶见种有关。与棘头梅童鱼(Collichthys lucidus)有显著正关联的鱼类有13种，与龙头鱼(Harpodon nehereus)、矛尾虾虎鱼(Chaeturichthys stigmatias)和孔虾虎鱼(Trypauchen vagina)正关联的鱼类各有9种；负关联种对中涉及鱼种最多的是光泽黄颡鱼(Pelteobagrus nitidus)，共有9对。主要经济鱼类(11种)中正关联种对19对(34.5%)，负关联种对8对(14.5%)。同科种对有52对，其中正关联种对11个，负关联种对2个，分别是矛尾虾虎鱼和斑尾刺虾虎鱼 (Synechogobius ommaturus)，短吻红舌鳎(Cynoglossus joyneri)和窄体舌鳎 (C. gracilis)，其余种对为随机关联(表2，图2)。
表 2 长江口鱼类共现模式呈正相关、负相关和随机性的种对数量Table 2. Number of pairs of fish species with positive, negative and random co-occurrence patterns in Yangtze River estuary月份
month物种数
number of species共现模式
pattern of co-occurrence正相关
positive负相关
negative随机
random2月 Feb. 18 3 3 147 5月 May 24 11 4 261 8月 Aug. 27 51 4 296 11月 Nov. 27 26 6 319 总体 total 38 76 12 615 ![]()
图 2 长江口鱼类种间共现模式Figure 2. Co-occurrence patterns of fish species in Yangtze River estuary鱼类共现模式存在季节差异。随机关联的种对占绝对优势。8月正关联种对最多，其次是11月，2月最少；负关联种对不论是各个季节还是总体，均占比很小 (表2，图3)。共现网络中物种权度和边线数量以8月最为复杂，2月最简单(图4)。
![]()
图 3 长江口鱼类种间共现模式季节变化Figure 3. Seasonal variance of fish species co-occurrence patterns in Yangtze River estuary![]()
图 4 长江口鱼类种间共现网络季节变化Figure 4. Seasonal variation of fish species co-occurrence networks in Yangtze River estuary物种权度的季节变化较大。平均物种权度最高的是8月，其次是11月，最低的是2月(图4，图5)。2月物种权度最高的为髭缟虾虎鱼(Triaenopogon barbatus) (2)；5月除了棘头梅童鱼(4)和矛尾虾虎鱼(4)之外，其他种类都小于4；8月物种权度大于5的种类有8种，其中龙头鱼11，棘头梅童鱼10，短吻红舌鳎、鮸鱼(Miichthys miiuy)和髭缟虾虎鱼均为9，矛尾虾虎鱼8，多鳞四指马鲅(Eleutheronema rhadinum) 和孔虾虎鱼为7；11月物种权度除了棘头梅童鱼(5)和龙头鱼(3)之外，其余种类均≤3。
![]()
图 5 长江口鱼类群落各季节权度和局部聚类系数 (均值±标准误)Figure 5. Bar plots of$\overline X$ ±SE of weight degrees and local clustering coefficients in different seasons in Yangtze River estuary与物种权度相似，物种的中间中心性也存在季节差异。2月最高的为髭缟虾虎鱼(1.00)；5月最高的为棘头梅童鱼(4.50)；8月最高的为龙头鱼(23.26)，其余种类超过5的有棘头梅童鱼(18.87)、髭缟虾虎鱼(18.66)、睛尾蝌蚪虾虎鱼(Lophiogobius ocellicauda，18.46)、短吻红舌鳎(17.01)、矛尾虾虎鱼(16.48)、鮸鱼(13.17)和孔虾虎鱼(7.73)；11月最高也为棘头梅童鱼(13.17)，其余超过5的有龙头鱼(6.33)、白姑鱼(Argyrosomus argentatus，6.00)和凤鲚(Coilia mystus，6.00)。
调查期间长江口发现的鱼类虽然有38种，但不存在每个季节都显著正关联的物种。在3个季节(5月、8月和11月)均正关联的有3个种对，分别为矛尾虾虎鱼与短吻红舌鳎、矛尾虾虎鱼与棘头梅童鱼以及棘头梅童鱼与白姑鱼。
3. 讨论
传统的河口鱼类群落结构研究多采用多元统计分析(包括聚类分析、多维标度排序、主成分分析、对应分析、冗余分析和典范对应分析等)描述变量间的相关关系，以及环境变量对各个物种的影响，这类研究一般不包括物种间的相互作用[25]。本研究利用成对概率模型和网络分析方法分析鱼类种间共现关系，对了解生物时空分布规律和评估种间作用关系具有重要意义。
3.1 长江口鱼类共现模式
部分研究认为鱼类共现主要是物种在生物和环境因素作用下的非随机关联[26-27]，环境因素的作用要大于生物间相互作用[28-29]。本研究证实长江口鱼类群落模式主要是物种的随机共现[16-17]。94.5%的随机共现种对涉及偶见种，表明这种随机共现模式受偶见种影响较大。主要经济鱼类中49%的种间非随机共现模式，说明长江口主要经济鱼类在某些不确定因素的影响下形成了较为稳定的种间共现模式。
一般在环境因子变化较大的环境中，相似性较高的物种表现出相似的生态位，往往是生境过滤共现机制占据主要地位[30]。也有研究认为同科或同属鱼类在时间上出现明显的错位分布，因为生态位接近，时间错位分布可以减少对空间和食物资源的竞争，因而竞争排斥对群落的影响超过环境过滤[3]。但长江口鱼类同科种对仍然以随机共现模式为主。长江口水温、盐度等环境因素的空间梯度较大，对鱼类的环境过滤作用较高，且资源(如小型浮游动物等饵料生物)分布密度较大[18]。以上分析一定程度上说明在调查期间种间对空间和食物资源的竞争对长江口鱼类共现模式的影响较小，环境因子季节变化驱动的随机因素可能是导致长江口鱼类随机共现模式的主要原因，种间共现的正关联性则能够说明物种间对环境需求的相似性[9]。
对环境因子需求的相异性、躲避捕食者或种间对空间或饵料竞争等因素都有可能导致种间共现负关联[11]。光泽黄颡鱼是长江口常见的淡水鱼类，物种出现矩阵显示，光泽黄颡鱼在调查期间的各月均有出现，但光泽黄颡鱼与和其呈负关联的种类(如棘头梅童鱼、龙头鱼和矛尾虾虎鱼等)相比有明显的栖息地选择性差异[18]。鉴于负关联种对间的这种差异以及不明显的捕食关系[31]，本研究认为环境过滤可能是导致种间负关联的主要因素。
3.2 共现模式的季节差异
种间共现模式的季节差异反映了鱼类群落构建季节变动的动力机制[1]。长江口鱼类空间共现模式的季节变化，反映了其鱼类群落组成明显的季节差异。季节性水文变化、自然资源变动可能导致种间共现模式的变化[11]。如夏秋季节长江栖息环境更适合鱼类索饵育肥，其物种丰度、生物多样性要高于其他季节[32-33]，相应的8月和11月的鱼类共现网络复杂程度和群落聚集程度都较高，2月和5月则相对较低。高权度和高中间中心性物种的季节更替进一步证明长江口鱼类群落较大的季节波动，这种更替一定程度上影响了种间共现的随机性[3]。溯河洄游鱼类和海洋洄游鱼类分别在不同时空尺度上的优势导致了长江口鱼类群落出现明显的时空差异[18]，本研究发现这种更替主要与海洋洄游和河口定居型鱼类有关(如2月的髭缟虾虎鱼，5月的棘头梅童鱼和矛尾虾虎鱼，8月的龙头鱼、棘头梅童鱼和髭缟虾虎鱼以及11月的棘头梅童鱼、龙头鱼和白姑鱼等)，说明海洋洄游鱼类和河口定居型鱼类在长江口鱼类共现网络中占主导地位，在生物多样性维持中发挥重要作用。
3.3 长江口鱼类核心物种
在维护群落结构稳定性中，核心物种起着决定作用。控制模拟实验法、物种相互作用相对重要性法、群落重要性指数法、网络分析法和Ecopath with Ecosim模型法是常见的核心种识别方法[15]。本研究以种间共现关系为基础构建鱼类种间关系网，确定了棘头梅童鱼、矛尾虾虎鱼为长江口鱼类核心物种，其中棘头梅童鱼具有较高的IRI和中间中心性，说明其对群落内信息交换的控制能力较强，对维持长江口鱼类群落结构的稳定起关键作用。
3.4 生物多样性保护策略
由于长江口鱼类群落受环境过滤影响较大，并且长江口又是棘头梅童鱼、刀鲚、凤鲚等重要经济鱼类的产卵场和育肥场，季节性洄游鱼类变化对长江口鱼类生物多样性有较大影响。因此为保护长江口鱼类生物多样性，除了采取合理措施保护长江口生态环境(如减少污染物排放，建立海洋牧场以修复河口底栖生态环境、保护底栖生物等)外，还应采取措施降低邻近海域的捕捞强度、实施经济种类的增殖放流、保持长江口与邻近海域的连通性及种群密度。
-
![]()
图 1 对照组及高温处理组中克氏原螯虾的肠道组织(200×)
注：a. C (26 ℃)；b. M1 (32 ℃, 24 h)；c. H1 (37 ℃, 24 h)；d. M2 (32 ℃, 72 h)；e. H2 (37 ℃, 72 h)。
Figure 1. Intestinal tissues of P. clarkii in control group and high-temperature treatment group (200×)
Note: a. C (26 ℃); b. M1 (32 ℃, 24 h); c. H1 (37 ℃, 24 h); d. M2 (32 ℃, 72 h); e. H2 (37 ℃, 72 h).
![]()
图 2 差异基因火山图
注：对照组 (26 ℃) 以C 表示，高温处理组 (32 ℃ 和37 ℃ 组) 分别以M 和H 表示；胁迫后的第24 小时以1 表示，第72 小时以2 表示。
Figure 2. Volcano map of differentially expressed genes
Note: C represents the control group (26 ℃); M and H represent the high-temperature treatment groups (32 ℃ and 37 ℃ groups), respectively; "1" represents the 24th hour after the stress, and "2" represents the 72nd hour after the stress.
![]()
图 3 差异基因聚类图
注：对照组 (26 ℃) 以C表示，高温处理组 (32 ℃ 和37 ℃ 组) 分别以M 和H 表示；胁迫后的第24 小时以1 表示，第72 小时以2 表示。横坐标表示样品名称及层次聚类结果，纵坐标表示差异基因及层次聚类结果，红色表示高表达，蓝色表示低表达。
Figure 3. Cluster map of differentially expressed genes
Note: In the samples, C represents the control group (26 ℃); M and H represent the high-temperature treatment groups (32 ℃ and 37 ℃ groups), respectively; "1" represents the 24th hour after the stress, and "2" represents the 72nd hour after the stress. The horizontal axis represents the sample name and hierarchical clustering results; the vertical axis represents the differentially expressed genes and hierarchical clustering results; red represents high expression, and blue represents low expression.
![]()
图 4 差异基因 GO 富集分析 (前15)
注：对照组 (26 ℃) 以C 表示，高温处理组 (32 ℃ 和37 ℃ 组) 分别以M 和H 表示；胁迫后的第24 小时以1 表示，第72 小时以2 表示。横坐标表示注释到该条目的差异基因数与差异基因总数的比值，纵坐标表示GO条目的名称。
Figure 4. Go enrichment analysis (Top 15)
Note: C represents the control group (26 ℃); M and H represent the high-temperature treatment groups (32 ℃ and 37 ℃ groups), respectively; "1" represents the 24th hour after the stress, and "2" represents the 72nd hour after the stress. The horizontal axis represents the ratio of the number of differential genes annotated to an entry to the total number of differential genes, and the vertical axis represents the name of the GO entry.
![]()
图 5 差异基因 KEGG 富集分析 (前20)
注：对照组 (26 ℃) 以C 表示，高温处理组 (32 ℃ 和37 ℃ 组) 分别以M 和H 表示；胁迫后的第24 小时以1 表示，第72 小时以2 表示。横坐标Rich factor 越大，富集的程度越大；纵坐标表示 KEGG 通路；点越大，通路富集的差异基因的数量越多；颜色越红，代表富集越显著。
Figure 5. KEGG enrichment analysis of differentially expressed genes (Top 20)
Note: C represents the control group (26 ℃); M and H represent the high-temperature treatment groups (32 ℃ and 37 ℃ groups), respectively; "1" represents the 24th hour after the stress, and "2" represents the 72nd hour after the stress. The larger the rich factor on the x-axis, the greater the degree of enrichment; the vertical axis represents the KEGG pathway; the larger the dot, the more differentially expressed genes are enriched in the pathway; the redder the color, the more significant the enrichment.
表 1 实验所用的引物
Table 1 Primer sequences used in this experiment
基因
Gene引物序列 (5'—3')
Primer sequence (5'–3')基因ID
Gene IDHSP71D F: CCTCCTTGATGTGGCACCTCTG LOC123759425 R: AGTGACCGCTGGTTGGTTATCTG HSP70 F: TGGCGGCTCCAGTAATTGGTATC LOC123774884 R: TGAGTCGTTCTGTGTCGGTGAAG HSP71 F: CCTACGGTGCGGCTGTTCAG LOC123759427 R: AAGACAGAGGTGCCACATCAAGG HSP90 F: GTGACCTCTCCGTGCTGTATCG LOC123770521 R: CTCGCAGTGCCTGAGCCTTC HSP7D F: CAGTCTGAGGGCGTGAAGGATG LOC123762431 R: TGAATACTTGCTGTTGCTTGGTTGG PD2 F: TGATCTGGTGAACAGGGTGCTAAC LOC123765724 R: ATGGATTCAACCGTGGCATTTGTG PN1AS F: TAGTGTGGGAGAAGGAGGAGAAGG LOC123756333 R: TGGCGGGCGAGATAGGAGTC PLP F: TGCGGTCATCGTTGGTGGTG LOC123755895 R: CATTAAGAGGCGGAGCGTTGTTC β-actin F: CACTGCCGCCTCATCCTCTTC LOC123745344 R: GAACCTCTCGTTGCCAATGGTAATG 
下载: 导出CSV
表 2 转录组测序数据
Table 2 Data statistics of transcriptome
肠道样品
Intestinal sample测序数量
Raw reads/Gb过滤数量
Clean reads/Gb测序错误率
Error rateQ20占比
Q20 ratio/%Q30占比
Q30 ratio/%GC含量百分比
GC content/%C-1 53 149 186 51 496 446 0.03 97.33 92.50 44.37 C-2 51 693 424 49 938 434 0.03 97.20 92.21 42.72 C-3 51 340 602 49 503 334 0.03 97.18 92.22 43.79 M1-1 34 865 712 33 806 092 0.03 97.21 92.00 35.17 M1-2 43 523 082 42 563 458 0.03 97.25 92.06 35.93 M1-3 48 777 006 47 336 584 0.03 97.39 92.56 42.35 H1-1 49 274 690 48 127 640 0.03 97.43 92.57 40.25 H1-2 50 644 580 48 940 152 0.03 97.53 92.93 44.35 H1-3 51 066 558 49 289 724 0.03 97.56 93.01 44.62 M2-1 50 832 894 48 694 324 0.03 97.23 92.23 38.48 M2-2 49 202 048 46 946 612 0.03 97.26 92.31 35.95 M2-3 44 643 114 42 951 032 0.03 97.22 92.04 31.32 H2-1 48 783 458 46 894 270 0.03 97.35 92.52 39.70 H2-2 45 102 546 42 541 374 0.03 97.26 92.36 36.61 H2-3 51 312 374 48 790 394 0.03 97.30 92.45 36.66 注：对照组 (26 ℃)以C表示，高温处理组 (32 ℃和37 ℃组)分别以M和H表示；胁迫后的第24小时以1表示，第72 小时以2表示。 Note: C represents the control group (26 ℃); M and H represent the high-temperature treatment groups (32 ℃ and 37 ℃ groups), respectively; "1" represents the 24th hour after the stress, and "2" represents the 72nd hour after the stress.
下载: 导出CSV
表 3 Mapped Reads和Clean Reads比对情况统计
Table 3 Comparison statistics of Mapped Reads and Clean Reads
肠道样品
Intestinal sample总比对reads数
Total reads单一位点比
对率 (占比)
Unique mapped (Percentage)多位点比对率 (占比)
Multi mapped (Percentage)肠道样品
Intestinal sample总比对reads数
Total reads单一位点比
对率 (占比)
Unique mapped (Percentage)多位点比对率 (占比)
Multi mapped (Percentage)C-1 51 496 446 44 995 200 (87.38%) 2 204 550 (4.28%) H1-3 48 790 394 43 699 471 (89.57%) 2 232 553 (4.58%) C-2 49 938 434 44 427 790 (88.97%) 1 922 134 (3.85%) M2-1 33 806 092 30 711 261 (90.85%) 1 213 220 (3.59%) C-3 49 503 334 43 635 708 (88.15%) 1 943 516 (3.93%) M2-2 42 563 458 37 676 548 (88.52%) 3 365 504 (7.91%) M1-1 48 127 640 44 205 767 (91.85%) 1 418 030 (2.95%) M2-3 47 336 584 42 467 851 (89.71%) 1 908 883 (4.03%) M1-2 48 94 0152 43 851 068 (89.60%) 2 015 786 (4.12%) H2-1 48 694 324 43 573 397 (89.48%) 1 735 983 (3.57%) M1-3 49 289 724 43 822 561 (88.91%) 2 171 548 (4.41%) H2-2 46 946 612 41 788 201 (89.01%) 2 421 600 (5.16%) H1-1 46 894 270 42 198 853 (89.99%) 1 827 334 (3.90%) H2-3 42 951 032 38 155 003 (88.83%) 2 179 920 (5.08%) H1-2 42 541 374 37 729 522 (88.69%) 2 076 681 (4.88%) 注：对照组 (26 ℃)以C表示，高温处理组 (32 ℃和37 ℃组)分别以M和H表示；胁迫后的第24小时以1表示，第72 小时以2表示。 Note: C represents the control group (26 ℃); M and H represent the high-temperature treatment groups (32 ℃ and 37 ℃ groups), respectively; "1" represents the 24th hour after the stress, and "2" represents the 72nd hour after the stress.
下载: 导出CSV
-
[1] YUE G H, LI J, BAI Z Y, et al. Genetic diversity and population structure of the invasive alien red swamp crayfish[J]. Biol Invasions, 2010, 12(8): 2697-2706. doi: 10.1007/s10530-009-9675-1
[2] XU Z Q, GAO T H, XU Y, et al. A chromosome-level reference genome of red swamp crayfish Procambarus clarkii provides insights into the gene families regarding growth or development in crustaceans[J]. Genomics, 2021, 113(5): 3274-3284. doi: 10.1016/j.ygeno.2021.07.017
[3] WAN J J, XI Q, TANG J Q, et al. Effects of pelleted and extruded feed on growth performance, intestinal histology and microbiota of juvenile red swamp crayfish (Procambarus clarkii)[J]. Animals, 2022, 12(17): 2252. doi: 10.3390/ani12172252
[4] 全国水产技术推广总站, 中国水产学会. 中国小龙虾产业发展报告(2024)[J]. 中国水产, 2024(7): 14-20. [5] 夏智宏, 刘敏, 秦鹏程, 等. 2022年长江流域高温干旱过程及其影响评估[J]. 人民长江, 2023, 54(2): 21-28. [6] LIU S Y, WANG Z Y, WANG Z, et al. Comparison of the gut microbiota and metabolism in different regions of red swamp crayfish (Procambarus clarkii)[J]. Front Microbiol, 2023, 14: 1289634. doi: 10.3389/fmicb.2023.1289634
[7] LI R H, BAI S H, YANG D C, et al. A crayfish Ras gene is involved in the defense against bacterial infection under high temperature[J]. Fish Shellfish Immunol, 2019, 86: 608-617. doi: 10.1016/j.fsi.2018.11.062
[8] 朱宏泽. 高温期间对虾病害防治[J]. 水产文摘, 2004(8): 6. [9] 凌宗欣, 唐立. 树突状细胞与肠道免疫[J]. 中国微生态学杂志, 2008, 20(3): 310-315. [10] RUAN X H, CHENG H T, SHAN J H, et al. Effect of eyestalk ablation and water temperature on the gonadal transcriptome of greasyback shrimp (Metapenaeus ensis)[J]. Aquac Rep, 2024, 39: 102374. doi: 10.1016/j.aqrep.2024.102374
[11] SHI W J, HU R H, WANG P, et al. Transcriptome analysis of acute high temperature-responsive genes and pathways in Palaemon gravieri[J]. Comp Biochem Phys D, 2022, 41: 100958.
[12] WANG Z Q, YANG L L, ZHOU F, et al. Integrated comparative transcriptome and weighted gene co-expression network analysis provide valuable insights into the response mechanisms of crayfish (Procambarus clarkii) to copper stress[J]. J Hazard Mater, 2023, 448: 130820. doi: 10.1016/j.jhazmat.2023.130820
[13] LIN W, WU J Y, LUO H M, et al. Sub-chronic ammonia exposure induces hepatopancreatic damage, oxidative stress, and immune dysfunction in red swamp crayfish (Procambarus clarkii)[J]. Ecotox Environ Safe, 2023, 254: 114724. doi: 10.1016/j.ecoenv.2023.114724
[14] LIU X, BIAN D D, JIANG J J, et al. Transcriptomic analyses provide new insights into immune response of the Procambarus clarkii intestines to Aeromonas hydrophila challenge[J]. Aquac Rep, 2024, 36: 102103. doi: 10.1016/j.aqrep.2024.102103
[15] LU X, TANG S, LIU X, et al. Comparative transcriptome analysis reveals the immune defense mechanism of the red swamp crayfish (Procambarus clarkii) in response to Vibrio parahaemolyticus challenge[J]. Aquaculture, 2024, 591: 741086. doi: 10.1016/j.aquaculture.2024.741086
[16] ZHANG L, SONG Z W, ZHONG S, et al. Acute hypoxia and reoxygenation induces oxidative stress, glycometabolism, and oxygen transport change in red swamp crayfish (Procambarus clarkii): application of transcriptome profiling in assessment of hypoxia[J]. Aquac Rep, 2022, 23: 101029. doi: 10.1016/j.aqrep.2022.101029
[17] 张龙岗, 董学飒, 朱永安, 等. 急性盐度胁迫对克氏原螯虾肝脏抗氧化酶及鳃丝Na+/K+-ATP酶活力的影响[J]. 淡水渔业, 2015, 45(4): 87-91. [18] XIAO Y, ZHANG Y M, XU W B, et al. The effects of salinities stress on histopathological changes, serum biochemical index, non-specific immune and transcriptome analysis in red swamp crayfish Procambarus clarkii[J]. Sci Total Environ, 2022, 840: 156502. doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.156502
[19] LUO L, HUANG J H, LIU D L, et al. Transcriptome reveals the important role of metabolic imbalances, immune disorders and apoptosis in the treatment of Procambarus clarkii at super high temperature[J]. Comp Biochem Phys D, 2021, 37: 100781.
[20] 李铭, 董卫军, 邢迎春, 等. 温度对克氏原螯虾幼虾发育和存活的影响[J]. 水利渔业, 2006, 26(2): 36-37. [21] LI S X, LIN Y B, HE N J, et al. Antioxidation, immunity and hepatopancreatic histology of red swamp crayfish (Procambarus clarkii) subjected to low-temperature aerial exposure stress and re-immersion[J]. Comp Biochem Physiol A, 2023, 282: 111441. doi: 10.1016/j.cbpa.2023.111441
[22] WANG L, ZHU Q Q, HU M, et al. Toxic mechanisms of nanoplastics exposure at environmental concentrations on juvenile red swamp crayfish (Procambarus clarkii): from multiple perspectives[J]. Environ Pollut, 2024, 352: 124125. doi: 10.1016/j.envpol.2024.124125
[23] 李生瑄. 克氏原螯虾 (Procambarus clarkii) 对三种环境胁迫的生理生态响应[D]. 宜昌: 长江大学, 2023: 19-27. [24] SILVEYRA G R, SILVEYRA P, BRWN M, et al. Oxidative stress and histopathological effects by microplastic beads, in the crayfish Procambarus clarkii, and fiddler crab Leptuca pugilator[J]. Chemosphere, 2023, 343: 140260. doi: 10.1016/j.chemosphere.2023.140260
[25] WEI K Q, YANG J X. Oxidative damage induced by copper and beta-cypermethrin in gill of the freshwater crayfish Procambarus clarkii[J]. Ecotox Environ Safe, 2015, 113: 446-453. doi: 10.1016/j.ecoenv.2014.12.032
[26] CROLL S L, WATTS S A. The effect of temperature on feed consumption and nutrient absorption in Procambarus clarkii and Procambarus zonangulus[J]. J World Aquac Soc, 2004, 35(4): 478-488. doi: 10.1111/j.1749-7345.2004.tb00113.x
[27] FLOREA L, SONG L, SALZBERG S L. Thousands of exon skipping events differentiate among splicing patterns in sixteen human tissues[J]. F1000research, 2013, 2: 188. doi: 10.12688/f1000research.2-188.v1
[28] LIVAK K J, SCHMITTGEN T D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method[J]. Methods, 2001, 25(4): 402-408. doi: 10.1006/meth.2001.1262
[29] ZHANG X, ZHANG Y H, WU T, et al. Fish decay-accelerating factor (DAF) regulates intestinal complement pathway and immune response to bacterial challenge[J]. Fish Shellfish Immunol, 2024, 151: 109741.
[30] ZHOU Q C, BUENTELLO J A, GATLIN D M. Effects of dietary prebiotics on growth performance, immune response and intestinal morphology of red drum (Sciaenops ocellatus)[J]. Aquaculture, 2010, 309(1/2/3/4): 253-257.
[31] HUANG Y, REN Q. Research progress in innate immunity of freshwater crustaceans[J]. Dev Comp Immunol, 2020, 104: 103569. doi: 10.1016/j.dci.2019.103569
[32] 韩丰韦, 王哲奇, 刘晓静, 等. 岩藻多糖调控肠道黏膜屏障功能及其在动物生产中的应用[J]. 饲料研究, 2024(7): 151-156. [33] ZHOU J, WANG L, XIN Y, et al. Effect of temperature on antioxidant enzyme gene expression and stress protein response in white shrimp, Litopenaeus vannamei[J]. J Therm Biol, 2010, 35(6): 284-289. doi: 10.1016/j.jtherbio.2010.06.004
[34] DUAN Y F, WANG Y, ZHANG J S, et al. Elevated temperature disrupts the mucosal structure and induces an immune response in the intestine of whiteleg shrimp Litopenaeus vannamei (Boone, 1931) (Decapoda: Dendrobranchiata: Penaeidae)[J]. J Crustacean Biol, 2018, 38(5): 635-640. doi: 10.1093/jcbiol/ruy055
[35] 丁明孝, 王喜忠, 张传茂, 等. 细胞生物学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2020: 83-84. [36] HENDERSHOT L M. The ER function BiP is a master regulator of ER function[J]. Mt Sinaij Med, 2004, 71(5): 289-297.
[37] WU Y J, PEI Y L, QIN Y H. Developmental expression of heat shock proteins 60, 70, 90, and A2 in rabbit testis[J]. Cell Tissue Res, 2011, 344(2): 355-363. doi: 10.1007/s00441-011-1151-4
[38] BALCH W E, MORIMOTO R I, DILLIN A, et al. Adapting proteostasis for disease intervention[J]. Science, 2008, 319(5865): 916-919. doi: 10.1126/science.1141448
[39] ZHANG X X, ZHU H C, YUAN J B, et al. Diversity of heat shock proteins in response to various stressors in the Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei[J]. Aquaculture, 2024, 584: 740647. doi: 10.1016/j.aquaculture.2024.740647
[40] RUNGRASSAMEE W, LEELATANAWIT R, JIRAVANICHPAISAL P, et al. Expression and distribution of three heat shock protein genes under heat shock stress and under exposure to Vibrio harveyi in Penaeus monodon[J]. Dev Comp Immunol, 2010, 34(10): 1082-1089. doi: 10.1016/j.dci.2010.05.012
[41] HSIEH S L, LIAO W T, KUO C M. Fatty acid desaturation and stearoyl-CoA desaturase expression in the hepatic microsomes of milkfish, Chanos chanos, under cold shock[J]. 台湾水产学会刊, 2002, 29(1): 31-43. [42] GONZÁLEZ-RUÍZ R, LEYVA-CAMILLO L, PEREGÑNO-UÑARTE A B, et al. The combination of hypoxia and high temperature affects heat shock, anaerobic metabolism, and pentose phosphate pathway key components responses in the white shrimp (Litopenaeus vannamei)[J]. Cell Stress Chaperones, 2023, 28(5): 493-509. doi: 10.1007/s12192-022-01265-1
[43] OCAMPO L, PATIÑO D, RAMÍREZ C. Effect of temperature on hemolymph lactate and glucose concentrations in spiny lobster Panulirus interruptus during progressive hypoxia[J]. J Exp Mar Biol Ecol, 2003, 296(1): 71-77. doi: 10.1016/S0022-0981(03)00317-4
[44] QUEZADA-CALVILLO R, ROBAYO-TORRES C C, AO Z H, et al. Luminal substrate "brake" on mucosal maltase-glucoamylase activity regulates total rate of starch digestion to glucose[J]. J Pediatr Gastr Nutr, 2007, 45(1): 32-43. doi: 10.1097/MPG.0b013e31804216fc
[45] QUEZADA-CALVILLO R, ROBAYO-TORRES C C, OPEKUN A R, et al. Contribution of mucosal maltase-glucoamylase activities to mouse small intestinal starch α-Glucogenesis3[J]. J Nutr, 2007, 137(7): 1725-1733. doi: 10.1093/jn/137.7.1725
[46] VASUDEVAN S, RAJENDRAN S. Thermal stress induced hyperglycemia in the blue swimmer crab, Portunus pelagicus[J]. J Therm Biol, 2021, 100: 103076. doi: 10.1016/j.jtherbio.2021.103076
[47] YOHNA M A, RAY G W, YANG Q, et al. Protective effects of butyric acid during heat stress on the survival, immune response, histopathology, and gene rxpression in the hepatopancreas of juvenile Pacific shrimp (L. vannamei)[J]. Fish Shellfish Immunol, 2024, 150: 109610. doi: 10.1016/j.fsi.2024.109610
-
期刊类型引用(3)
1. 石子玉，韩东燕，高春霞，陈锦辉，吴建辉，王学昉. 调查数据不确定性对崇明岛临近水域鱼类生物完整性指数结果的影响. 上海海洋大学学报. 2023(02): 357-368 . 
百度学术
2. 高淑芳，张金鹏，施永海，袁新程，刘其根. 基于LC-MS技术的海、淡水养殖刀鲚卵巢的代谢组学比较分析. 南方水产科学. 2022(03): 68-75 . 本站查看
3. Shouhai LIU，Haijing ZHANG，Yanlong HE，Xiangsheng CHENG，Haofei ZHANG，Yutao QIN，Xi JI，Riguang HE，Yaohui CHEN. Interdecadal variability in ecosystem health of Changjiang(Yangtze) River estuary using estuarine biotic integrity index. Journal of Oceanology and Limnology. 2021(04): 1417-1429 . 必应学术
其他类型引用(5)
计量
- 文章访问数: 0
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 8
粤公网安备 44010502001741号
