两种龟类热应激反应的分子机制比较研究：揭示温度适应的关键基因与通路

这篇研究通过RNA-seq技术对比分析了低耐热龟类平胸龟（Platysternon megacephalum）与高耐热龟类红耳龟（Trachemys scripta elegans）在32°C热应激下的分子响应差异。研究发现平胸龟通过显著上调内质网蛋白加工通路（ko04141）基因（如HSP40/HSP70/HSP90）和促凋亡因子CHOP应对热损伤，但伴随能量代谢抑制和JARID2基因上调导致的细胞增殖抑制；而红耳龟则通过上调核糖体通路基因增强蛋白质合成，并下调细胞周期通路基因以优化能量分配。该研究首次揭示了龟类热应激适应的核心分子机制，为气候变化下的物种保护提供理论依据。

　　

两种龟类热应激反应的分子机制比较研究

1 引言

全球气候变化加剧的热胁迫对变温动物生存构成严峻挑战。龟类作为高度濒危的变温动物群体，不同物种的耐热性差异显著，但分子机制尚不明确。本研究选取低耐热物种平胸龟（上限27°C）和高耐热物种红耳龟（上限32°C），通过多组织转录组分析揭示其热适应策略差异。

2 材料与方法

实验将两种龟类分别暴露于25°C（对照）和32°C（热应激）环境96小时，采集脑、心脏等8种组织进行RNA-seq。采用DESeq2筛选差异表达基因（DEGs），并通过GO/KEGG分析功能通路，STRING构建蛋白互作网络。

3 结果

3.1 组织特异性响应模式

平胸龟在热应激下表现出更强烈的分子响应，DEGs数量（756-2191个）显著高于红耳龟（356-851个）。其脑组织中内质网蛋白加工通路（ko04141）显著富集，伴随HSP90AA1表达量达红耳龟的1.2-2.4倍。值得注意的是，调控细胞增殖的JARID2基因在平胸龟所有组织中上调，而在红耳龟中下调。

3.2 关键通路与hub基因

平胸龟在脑、心脏等组织中激活内质网应激反应，促凋亡因子CHOP显著上调。互作网络分析鉴定出7个hub基因，包括分子伴侣Hsp40、内质网定位蛋白BiP等。相比之下，红耳龟仅在脑部上调核糖体通路基因（如L17e、S9e），肠道中则下调细胞周期相关基因（如CDC25B）。

3.3 代谢重组差异

平胸龟出现广泛的能量代谢抑制，三羧酸循环（TCA cycle）和丙酮酸代谢通路基因显著下调；而红耳龟通过精细调控维持基础代谢，其肝脏中氨基酸-tRNA合成通路适度激活。

4 讨论

4.1 物种特异的适应策略

平胸龟的强烈应激反应可能反映其作为山地溪流特化种的生态局限性。内质网通路过度激活导致的CHOP上调，结合JARID2介导的细胞增殖抑制，共同削弱其耐热能力。而红耳龟通过"精准调控"策略——增强蛋白质稳态（核糖体通路上调）同时抑制非必需进程（细胞周期下调），实现能量高效分配。

4.2 进化与保护启示

该研究首次在龟类中发现内质网蛋白加工通路的核心作用，其hub基因可作为耐热性分子标记。红耳龟的"节能增效"策略为理解广布种的适应优势提供新视角，而平胸龟的敏感特征警示气候变化对特化物种的威胁。

5 结论

研究揭示龟类应对热应激的分子机制谱系：平胸龟通过全面但耗能的应激反应导致适应受限，红耳龟则采用精准调控策略实现高效适应。这些发现为预测气候变化下物种分布变迁及制定保护策略提供了分子层面的理论依据。