近日，湖州學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院浙江省水產(chǎn)資源保護(hù)與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在?（Aquaculture?IF 4.5）發(fā)表題為“Changes in molting frequency and expression patterns of molting-related genes in?Macrobrachium?rosenbergii?with exogenous calcium supplement in water?”的研究成果。為研究外源補(bǔ)鈣對(duì)羅氏沼蝦(Macrobrachium rosenbergii)脫皮的影響，該研究采用25 mg/L、85 mg/L、145 mg/L和205 mg/L梯度鈣濃度的水對(duì)羅氏沼蝦進(jìn)行培養(yǎng)試驗(yàn)。結(jié)果表明，145 mg/L濃度組的累積脫皮率最高。145 mg/L濃度組在脫皮前和脫皮后均表現(xiàn)出較高的脫皮相關(guān)酶(谷氨酰胺合成酶、β- n -乙酰氨基葡萄糖酶和幾丁質(zhì)酶)活性。145 mg/L組與對(duì)照組相比，外骨骼外表皮密度增大，鞘內(nèi)增厚，上皮細(xì)胞形態(tài)呈柱狀;基于GenoLab M高通量測序平臺(tái)的轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示，一些差異基因在溶酶體和鈣信號(hào)等通路中顯著富集。同時(shí)，145 mg/L劑量組脫皮相關(guān)基因維甲酸X受體、蛻皮激素受體、鈣調(diào)磷酸酶等基因的表達(dá)水平顯著升高。在205 mg/L濃度下，羅氏沼蝦Na⁺/K⁺?ATP酶α亞基的表達(dá)受到抑制，影響其蛻皮。綜上所述，在水中適量補(bǔ)充鈣可以促進(jìn)羅氏沼蝦的蛻皮和外骨骼礦化。該研究為甲殼類水產(chǎn)養(yǎng)殖中外源補(bǔ)鈣提供了理論依據(jù)。

蛻皮是甲殼類海洋生物生命周期中重要的生理過程，對(duì)甲殼類海洋生物的生長發(fā)育、繁殖和肢體再生具有重要作用。這一過程的特點(diǎn)是一系列形態(tài)學(xué)變化，主要包括蛻皮期間(C)、蛻皮前(D)、蛻皮(E)和蛻皮后(AB)階段。甲殼類動(dòng)物的外骨骼主要由碳酸鈣組成，鈣的來源是食物、水和體內(nèi)儲(chǔ)存。然而，飼料中的鈣含量不能滿足甲殼類動(dòng)物蛻皮的需要。因此，在水中添加外源鈣已成為甲殼類水產(chǎn)養(yǎng)殖的普遍做法。人們普遍認(rèn)為，在水中適量補(bǔ)充外源鈣可以促進(jìn)甲殼類脫殼。但目前外源鈣補(bǔ)充對(duì)甲殼類動(dòng)物蛻皮影響的分子機(jī)制尚不清楚。

01?轉(zhuǎn)錄組揭示不同鈣濃度下肝胰臟基因表達(dá)

為了闡明不同鈣濃度下羅氏沼蝦換殼的遺傳調(diào)控機(jī)制，該研究對(duì)羅氏沼蝦肝胰腺樣本進(jìn)行了RNA-seq分析。差異分析表明， 145 mg/L組大多數(shù)差異基因上調(diào)(圖1B)。145 mg/L組 VS 25 mg/L組、85 mg/L組 VS 145 mg/L組中鑒定的差異基因數(shù)量大約是85 mg/L組 VS 25 mg/L組、205 mg/L組 VS 25 mg/L組、145 mg/L組 VS 205 mg/L組比較中鑒定的差異基因數(shù)量的2倍(圖1C)。在5個(gè)比較組中，共有18、19、17、24和22個(gè)KEGG通路被顯著富集，如MAPK信號(hào)通路(ko04010)和Wnt信號(hào)通路(ko04310)。代謝途徑(ko01100)是兩兩比較中檢測到的共有通路，除145 mg/L組和205 mg/L組比較外，4組均檢測到溶酶體信號(hào)通路。有趣的是，鈣信號(hào)通路(ko04020)和溶酶體通路(ko04142)在85 mg/L組和145 mg/L組的比較中被顯著富集(圖1D)，鈣信號(hào)通路在205 mg/L組和25 mg/L組的比較中也被顯著富集。

圖1?兩兩比較羅氏沼蝦4組間差異表達(dá)基因的數(shù)量

02?轉(zhuǎn)錄組揭示外源補(bǔ)鈣對(duì)蝦蛻皮調(diào)控關(guān)鍵基因

為了進(jìn)一步篩選出蛻皮調(diào)控的關(guān)鍵候選基因，該研究對(duì)溶酶體和鈣信號(hào)通路中的差異基因進(jìn)行了篩選和聚類(圖2A)。聚類分析表明，145 mg/L組與其他組相比具有特定的基因表達(dá)模式，205 mg/L組的基因表達(dá)趨勢(shì)與對(duì)照組相似。145 mg/L組鞘磷脂磷酸二酯酶、組織蛋白酶D、組織蛋白酶L、組織蛋白酶B單鈣轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和腺嘌呤核苷酸轉(zhuǎn)位酶等基因的表達(dá)水平在中上調(diào)，而外源性類固醇調(diào)節(jié)樣蛋白的表達(dá)受到抑制。溶酶體途徑中的ERP抑制蛻皮激素的產(chǎn)生。此外，鞘磷脂磷酸二酯酶、組織蛋白酶D、組織蛋白酶L、組織蛋白酶B等基因位于溶酶體通路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其表達(dá)水平上調(diào)會(huì)調(diào)節(jié)溶酶體中的鈣通道(圖3)。

圖3?參與溶酶體和鈣信號(hào)通路的差異基因熱圖

1.?本文研究了不同鈣濃度水中羅氏沼蝦蛻皮頻率、蛻皮相關(guān)酶、外骨骼礦化和轉(zhuǎn)錄調(diào)控的變化。研究發(fā)現(xiàn)，適量的外源補(bǔ)鈣可以促進(jìn)羅氏沼蝦的蛻皮和外骨骼礦化；

2.?RNA-seq分析表明，適當(dāng)?shù)拟}濃度可抑制蛻皮抑制激素（MIH）和?fushitarazu factor 1 (ftz-f1)?的表達(dá)水平，從而介導(dǎo)MIH信號(hào)通路下游基因的表達(dá)，影響羅氏沼蝦的蛻皮過程；

3.?水中鈣含量過高會(huì)抑制ATPase alpha subunit (atpa)?的表達(dá)，影響羅氏沼蝦的蛻皮。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解鈣調(diào)控羅氏沼蝦蛻皮的分子機(jī)制。

Ding, Li, et al. "Changes in molting frequency and expression patterns of molting-related genes in Macrobrachium rosenbergii with exogenous calcium supplement in water." Aquaculture 586 (2024): 740761.