最近的研究应用转录组、蛋白质组、代谢组和微生物组等多种分析工具,来了解EHP对虾的危害机制。结果表明,EHP不仅过度激活免疫系统,而且严重扰乱新陈代谢,尤其是能量和营养代谢。肠道细菌组成的明显变化,加上激素失衡和代谢紊乱,是造成对虾生长缓慢的主要原因。
一、通过肝胰腺基因分析解读对虾的抗病能力:
肝胰腺在对虾的免疫和代谢中发挥着重要作用,是EHP影响的主要器官。通过转录组分析研究肝胰腺对于阐明虾EHP抗性的基本机制至关重要。宁波大学最近的研究比较了感染EHP的虾和EHP抗性虾的肝胰腺转录反应。鉴定出几个表达水平不同的基因,这些基因可能与虾对EHP的易感性或耐药性有关。
为了在研究过程中区分和追踪虾的品系,科学家们使用了向虾体内注入荧光颜色的技术。然后选取15个初始体重无差异的虾系进行实验。这些虾系在标准条件下饲养并分为两组:对照组(未感染)和感染EHP的组,感染组接触感染EHP的虾而引起疾病。60天后,科学家比较了不同虾系的生长、存活率和EHP感染水平。
基于EHP 18S rRNA基因的保守序列,通过实时荧光定量PCR检测EHP感染后,抗性和易感虾系中EHP载量的变化(图1)。
将虾分为四类:对EHP敏感的虾(S4104-D)、对EHP具有抗性但未感染EHP的虾(R4029-D)、对EHP敏感的虾(S4104-G)、对EHP具有抗性但感染EHP的虾(R4029-G)。为了检查个体间的差异,收集了虾的肝胰腺作为转录组样本,每组都有三个重复的转录组样本。
图1:实验方案示意图
二、对虾中EHP敏感和抗EHP的虾系评估:
考虑的参数,包括:存活率、最终长度和重量、体重增加率和谱系信息。虾组4029被确定为抗性(R4029),而组4104为易感病(S4104)。感染EHP的R4029对虾平均体长7.32厘米,平均体重6.82克,成活率为83.33%,增重率为606.60%。相比之下,感染EHP的S4104虾平均体长5.92厘米,平均体重3.45克,成活率仅为33.33%,增重率为464.76%。
为了确定感染组中是否存在EHP,研究人员进行了定量实时PCR分析。结果显示,两组均存在EHP,其中易感组(S4104-G)的EHP载量显着高于耐药组(R4029-G)。这些结果在每组三次重复实验中得到证实,确保了病原体载量评估的可靠性。
三、病理解剖学:
显微镜下观察结果显示,易感虾(S4104)感染EHP后,其肝胰腺和肠道的损伤比抗性虾(R4029)严重得多。虾的肝胰腺容易萎缩,腺管被破坏,而肠道则严重受损。这解释了为什么易感虾死亡更多且生长更慢。
图2:虾组织切片的HE染色(A,肝胰腺;B,肠道)。 C:Chiu评分用于评价肠粘膜损伤程度。
表1:肠粘膜损伤评分分类
四、转录组测序和质量评估:
科学家从虾的肝胰腺中创建了12个基因库,并利用现代技术对其进行了解码。结果显示,获得了超过780亿个高质量数据库对。该数据已被存储并公开以供进一步研究。
五、识别每次比较中差异表达的基因:
这项研究比较了两组虾:感染EHP细菌时易感组 (S4104) 和抗性组 (R4029) 之间功能不同的基因。结果表明,这两组虾之间有数千个基因功能不同。经过进一步分析,研究人员发现这些独特的基因主要与虾体内的代谢过程有关,尤其是氨基酸和外来物质的代谢。这表明,当感染时,易感虾和抗性虾在基因水平上有不同的反应,导致不同的健康后果。
六、两次比较中共有差异表达基因:
维恩图分析显示,两个对照组之间共有664个 DEG:S4104-D和R4029-D,以及S4104-G和R4029-G。特色GO术语涉及α氨基酸、芳香族氨基酸、胞质氨基酸和几丁质以及细胞外区域的代谢。 KEGG分析揭示了吞噬体、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、维生素B6代谢、苯丙氨酸代谢和甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等5个主要途径。此外,还确定了对照组之间的六种常见途径,包括吞噬体和其他代谢过程。
七、SNP鉴定:
作者利用转录组数据鉴定了6个关键基因中与S4104家族R4029相关的SNP,包括:巨噬细胞甘露糖受体1、UDP-葡萄糖醛酸基转移酶2B14、几丁质酶-1、谷胱甘肽 S-转移酶、组织蛋白酶L和对虾素。共检测到127个SNP,其中巨噬细胞甘露糖受体1中有36个SNP,Penaeidin中仅有8个SNP。
八、其他免疫相关基因的表达:
作者研究了免疫相关基因,以更好地了解肝胰腺中易感家族和抗性家族之间免疫反应的差异。结果表明,EHP感染后,抗菌肽crustin和脂多糖耐药因子在易感家族中表达水平较高,而抗菌肽(PEN3)在抗性家族中表达增强。易感家族中的血细胞转录物水平较高,而编码易位蛋白的转录物在抗菌肽家族中具有较高的表达水平。
九、结论:
这项研究的结果表明,与易感虾相比,抗性虾的免疫系统表现出明显的激活,组织蛋白酶L、C型凝集素、青虾素和几丁质酶的表达上调就证明了这一点。同时,通过细胞色素P450与外来物质代谢相关的基因表达也增强,同时易感虾的氨基酸代谢能力增强。
这些发现不仅揭示了EHP抗性的遗传基础,而且为分子标记辅助育种计划的开发提供了宝贵的资源。