大西洋鲑鱼耐热性研究：基因组学助力应对气候变化挑战

《BMC Genomics》：Application of genomic tools to study and potentially improve the upper thermal tolerance of farmed Atlantic salmon (Salmo salar)

为解决海洋升温对大西洋鲑鱼养殖的影响问题，研究人员开展 ITMax和 TGC 遗传机制及转录组研究，发现相关遗传特征和潜在生物标志物，为育种提供依据。

　　《大西洋鲑鱼耐热性研究：基因组学助力应对气候变化挑战》

在全球气候变化的大背景下，海洋正经历着前所未有的温度上升。对于大西洋鲑鱼（Salmo salar）养殖产业来说，这无疑是一场严峻的考验。在西北大西洋地区，海洋温度上升速度远超全球平均水平，海洋热浪也愈发频繁和严重。那些在网箱中养殖的大西洋鲑鱼，由于活动受限，难以逃避不适宜的水温，这不仅影响了它们的生长和生存，还可能导致大规模死亡事件，给养殖产业带来巨大损失。

为了应对这一挑战，来自多个研究机构的研究人员开展了一项综合性研究。该研究旨在深入探究大西洋鲑鱼的遗传结构以及基因表达（转录组学）与热耐受之间的关系，从而为培育更耐热的鲑鱼品种提供科学依据。研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。在样本方面，选用来自 20 个家族的大西洋鲑鱼，对其进行被动集成应答器（PIT）标记。实验设置了温暖处理组和对照组，分别模拟不同的温度变化环境。在技术手段上，运用了基因组关联研究（GWAS）和 RNA 测序（RNA-seq）技术。GWAS 用于分析与热耐受和生长相关的基因位点，RNA-seq 则用于研究不同温度下肝脏样本的转录组变化。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 差异表达分析：通过 RNA-seq 分析，研究人员比较了不同热耐受家族在 10℃和 20℃下的转录组差异。结果发现，在不同温度处理以及不同家族排名之间，存在大量差异表达转录本（DETs）。这些差异表达的转录本表明，不同家族的鲑鱼在应对温度变化时，基因表达模式存在明显差异。
2. GO term 富集和通路分析：对差异表达转录本进行 GO term 富集分析，发现不同家族在应对温度升高时，其功能特征存在差异。例如，“血液凝固”“甾醇代谢过程” 等 GO term 仅在热耐受能力较强的家族中富集。这意味着这些生物学过程可能在大西洋鲑鱼的热耐受机制中发挥重要作用。
3. qPCR 验证：选取了 11 个具有不同功能的转录本进行 qPCR 验证，结果显示 qPCR 的结果与 RNA-seq 数据高度相关，这表明 RNA-seq 研究结果的可靠性。同时，对 serpinh1 的四个旁系同源物的分析也发现，它们在不同家族和温度下的表达存在差异，进一步揭示了热耐受机制的复杂性。
4. GWAS 和遗传力估计：GWAS 分析发现，IT_Max是一个高度多基因性状，虽然没有单个 SNP 达到显著阈值，但有三个 DETs 与接近显著的 SNP 共定位。而对于 TGC，检测到五个显著的 SNP。遗传力估计结果显示，IT_Max具有低 / 中等遗传力，而 TGC 具有较高遗传力。

在研究结论和讨论部分，该研究表明 IT_Max和 TGC 都是可遗传的性状，这为通过选择性育种提高大西洋鲑鱼的热耐受能力和生长性能提供了理论基础。虽然 IT_Max的遗传力相对较低，但通过进一步研究和验证相关的 SNP 标记，仍有望实现遗传改良。对于 TGC，其较高的遗传力以及相关的显著 SNP 标记，为在高温环境下提高鲑鱼生长性能的育种策略提供了有力支持。

此外，转录组分析还确定了一些可能影响大西洋鲑鱼热耐受的转录本和通路，如神经系统和血液凝固过程相关的转录本。这为深入理解热耐受的分子机制提供了新的视角。未来的研究可以进一步结合结构基因组和表观遗传变异分析，更全面地揭示大西洋鲑鱼热耐受的调控机制，从而更好地预测其对气候变化的适应性。

总的来说，这项研究为大西洋鲑鱼养殖产业应对气候变化挑战提供了重要的科学依据和技术支持。通过基因组学辅助的选择性育种，有望培育出更适应高温环境的鲑鱼品种，保障养殖产业的可持续发展。