湖鲟幼体至幼年期鳃发育转变的转录组特征：探索发育奥秘与种群差异
《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Transcriptomic signatures associated with developmental transitions in the gill of lake sturgeon (
Acipenser fulvescens)
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时间：2025年05月07日
来源：Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics 2.2
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在鱼类发育中，幼体到幼年期死亡率高。研究人员对两个地理分布不同的湖鲟（Acipenser fulvescens）种群开展鳃 mRNA 转录本丰度研究。发现发育转变时，北部种群转录本变化更多，还存在保守及种群特异性转录变化，为鱼类发育研究提供新视角。
在鱼类的成长历程中，幼体到幼年期的转变是一个极为关键的阶段。这一时期，鱼类面临着诸多挑战，死亡率居高不下。比如，它们要适应新的生存环境，自身的生理机能也在快速变化。以湖鲟为例，在自然环境中，新孵化的湖鲟幼体十分脆弱，需要在复杂的淡水环境中寻找适宜的栖息地，这个过程充满了危险。而且，它们在这个阶段会经历一系列生理和分子变化，从依赖卵黄囊营养到自主觅食，身体结构和功能也逐渐向成年期转变。然而，目前对于这一时期湖鲟鳃的转录组变化，我们知之甚少。尤其是在不同地理种群中，这种变化是否存在差异，以及这些差异对湖鲟的生存和发展有何影响，都是亟待解决的问题。为了深入了解这些奥秘，来自加拿大相关研究机构的研究人员开展了一项关于湖鲟幼体至幼年期鳃发育转变的转录组研究。该研究成果发表在《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是 mRNA 测序（mRNA-Seq）技术，通过对湖鲟鳃组织样本进行测序，获取基因转录本信息。在样本处理方面，研究人员采集了来自加拿大曼尼托巴省南部温尼伯河和北部伯恩特伍德河的湖鲟样本，这些样本涵盖了幼体（30 天受精后，30 DPF）和幼年期（60 天受精后，60 DPF）两个发育阶段，每个阶段每个种群各 6 个样本。之后，利用生物信息学手段，对测序数据进行质量控制、比对和分析，从而确定不同发育阶段和种群间的转录本差异。
研究结果主要从以下几个方面展开：
主成分分析和差异表达转录本：主成分分析显示，发育阶段和种群分别沿着主成分 1 和主成分 2 呈现明显分离。两个种群在幼体阶段的转录谱差异比幼年期更大，且北部伯恩特伍德河种群在发育过程中的转录变化比南部温尼伯河种群更多。这表明在湖鲟的发育早期，不同种群的转录模式就已经出现了显著差异，而且北部种群的变化更为剧烈。
功能术语富集：在不同的差异表达转录本筛选条件下，研究发现了一些保守和种群特异性的转录变化。在 log2 FC > 0 水平，两个种群在发育过程中有 745 个差异表达且注释的转录本共享，主要涉及甲基化相关的功能富集项；同时，北部和南部种群分别有 1156 和 372 个独特的注释转录本，北部种群这些转录本涉及蛋白质调节到细胞表面、GTP 酶激活活性等过程，而南部种群未发现显著富集项。随着差异表达转录本筛选条件变严格（log2 FC > 2 和 > 4），也发现了一些与细胞凋亡、能量生产、免疫调节等相关的共享转录本和种群特异性转录本及功能富集项。这说明在湖鲟鳃发育过程中，既有保守的分子机制，也存在种群特异性的调控过程。
研究结论和讨论部分表明，湖鲟在幼体到幼年期的转变过程中，鳃的转录组发生了显著变化。保守的转录反应促进了 DNA 和细胞水平的修饰，包括甲基化、蛋白质结合和凋亡信号，这些变化可能在鳃组织重塑中发挥重要作用。而南北种群在这一关键发育阶段表现出种群特异性的转录模式。北部种群在信号机制、细胞表面蛋白、线粒体过程和鳃发育等方面有更多变化，这可能与该种群更快的发育速率有关。虽然在孵化场条件下这些种群差异的生理影响可能不明显，但在自然环境中，当湖鲟面临温度升高或其他环境压力时，这些差异可能导致种群间的发育差异或整体生物性能的改变。这些差异表达的转录本代表了潜在的生物标志物和关键通路，为深入了解淡水鱼早期发育过程中鳃的生理变化的分子驱动因素提供了重要线索，有助于我们更好地保护和管理湖鲟种群，同时也为其他鱼类发育研究提供了参考依据。
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