低温胁迫诱导罗非鱼和斑马鱼鱼鳃差异凋亡的分子机制

发布时间：2020-06-06 15:30

【摘要】：当鱼类被暴露在一个较低的温度下却无法适应时,就会产生冷应激反应。而这种冷应激会对鱼类所有的组织行为产生不利的影响,如果水温超过了鱼类的冷耐受范围的极限,可能会导致生物体死亡。但是,不同的鱼类对于冷胁迫耐受的能力却有极大地不同。迄今为止,鱼类的单个组织在已确立的冷耐受条件情况下到底发挥一个怎样的作用以及其相应的分子机制却少有研究报道。罗非鱼(Oreochromis niloticus)和斑马鱼(Danio rerio)同属于热带鱼类,且在我们实验室通常饲养在相同的温度条件下,但是它们对于低温的冷耐受能力的极限却有所不同。斑马鱼能在低于9°C的水温下存活,而罗非鱼在10°C以下的水温中却难以生存;另一方面,相对于斑马鱼和罗非鱼,草鱼(Ctenopharyngodon idella)是一种广温性的鱼类,能够在0°C-38°C大的温度波动范围内生存。在本研究中,我们分别对这三种鱼类进行一个梯度降温的处理,从28°C降到18°C直到8°C(罗非鱼致死温度的下限)。我们通过TUNEL染色法对组织中凋亡细胞进行量化和分析,进而比较低温下组织的受损情况。我们发现:当这些鱼类被暴露在8°C低温时,凋亡事件主要发生在罗非鱼和斑马鱼的鳃组织中,而其他组织却未发现明显的凋亡信号,这暗示在鳃组织中发生的凋亡可以看作是鱼类通过冷胁迫诱导产生的致死损伤的一个标记。在罗非鱼鳃组织中,无论在mRNA水平上还是蛋白水平上,我们都观察到涉及到Mdm2-p53通路的相关基因发生上调;同时我们也在该组织中发现MAPK通路上的相关基因(dusp1,p38和erk)都受到低温的调控并发生上调。然后我们又进一步探讨PI3K/AKT/GSK-3β信号通路在这三种鱼的鳃中的蛋白表达情况。结果表明在罗非鱼中,低温抑制了p-PTEN蛋白的表达;却诱导了AKT、p-AKT(Ser 473)以及p-GSK-3β(Ser 9)蛋白的表达。不同的是,在斑马鱼和草鱼的鳃组织中,AKT和p-AKT(Ser 473)蛋白的表达水平在8°C低温下都被抑制;而p-GSK-3β(Ser 9)蛋白的表达水平在8°C低温下却被诱导。另外,罗非鱼中p-GSK-3β蛋白在8°C低温下的上升倍数显著高于其它两种鱼。这些数据表明这三种鱼的鳃组织在响应严重的低温胁迫时具有不同的分子机制,并且这种差异性的调节方式可能是导致这三种鱼在响应低温胁迫时产生差异凋亡的原因。总之,我们发现了鱼类的鳃组织在响应冷胁迫时所扮演的重要角色。并且我们确定了在具有不同冷耐受能力的鱼的鳃组织中存在着差异性的调控通路,这些发现为我们进一步探索鱼类在低温致死极限的分子机制奠定了基础。
【图文】：

图 1.1 然和人为因素造成的低温压力和鱼类响应冷应激产生的初级，，次级和三级生理反应图Figure 1.1 Schematic representation of natural and anthropogenic sources of cold shand the primary, secondary and tertiary stress responses to cold shock1.2.1 初级-神经内分泌激素和皮质激素类响应的释放当鱼类处于低温情况下，鱼类能够通过皮肤和鳃来感知低温的刺激。生后，中枢神经系统会先接收这种信号，接着传递信号至下丘脑，使促肾质激素释放激素，这种激素会先经过垂体产生反应，然后在经过传感神经步传送到肾间组织，肾间组织可以产生皮质类固醇和儿茶酚胺激素，这些激素最终分泌到血液中去[27]。鱼类的应激反应中的激素系统进行信号的传种主要的形式[28]：下丘脑-垂体-肾间组织轴会使嗜铬细胞中的一些激素循环茶酚胺激素肾上腺素与去甲肾上腺素；交感-嗜铬组织系统通过级联的激素起血液中皮质醇[29]含量显著地增高（级联激素主要是由垂体促肾上腺皮质下丘脑促肾上腺皮质素释放因子、肾间组织皮质类固醇激素组成）。[30]

降温的策略和行为表现如图3.1 所示。图 3.1 罗非鱼和斑马鱼的降温的策略和行为表现Fig 3.1 Schematic diagram showing the cooling time course and thebehaviors between tilapia and zebrafish当水温降低到 8°C 的时候，罗非鱼不能维持身体平衡；斑马鱼能维持身体平衡，但是具有较少的游动。我们也采用同样的降温策略对草鱼进行该实验，发现草鱼在低温下仍然能继续保持活跃游动。运动能力比较如下：草鱼 > 斑马鱼 > 罗非鱼。3.2 冷处理和恢复实验为了研究低温情况下罗非鱼由于冷胁迫诱导产生不可逆损伤时的状态及时间点，我们按照相同的降温的策略对罗非鱼和斑马鱼进行低温处理，当罗非鱼在 8°C
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S917.4

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本文编号：2699886