高温胁迫下中华蛤蜊肝胰腺代谢组学分析揭示β-丙氨酸代谢的关键调控作用

本研究通过代谢组学技术解析了经济贝类中华蛤蜊(Cyclina sinensis)应对高温胁迫的代谢调控机制，发现β-丙氨酸代谢、泛酸-CoA合成通路及抗菌代谢物(如新霉素、6-APA)的上调是其耐热性的关键，为水产耐高温品种选育提供了新靶点。

　　

随着全球气候变暖加剧，海水温度持续升高对海洋生物造成严峻挑战。近年来，栉孔扇贝(Chlamys farreri)、长牡蛎(Crassostrea gigas)等经济贝类因高温导致的大规模死亡事件频发，造成重大经济损失。温度升高不仅影响贝类生长发育和繁殖，还会削弱其免疫应答能力，加剧病原菌(如弧菌Vibrio)感染风险。在这一背景下，解析贝类耐高温的分子机制成为水产养殖领域的迫切需求。

盐城师范学院海洋与生物工程学院的研究团队选择具有广温性的经济贝类中华蛤蜊(Cyclina sinensis)为研究对象，通过比较四种常见贝类(中华蛤蜊、文蛤Meretrix meretrix、四角蛤蜊Mactra veneriformis、菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum)在26℃、30℃和34℃下的存活率，发现中华蛤蜊表现出最强的耐热性。为揭示其分子机制，研究人员采用超高效液相色谱-质谱联用技术(UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS)对高温胁迫24小时后的肝胰腺组织进行非靶向代谢组学分析，结合qPCR验证关键基因表达，相关成果发表在《Aquaculture Reports》。

研究首先通过15天存活实验证实中华蛤蜊在34℃下的存活率显著高于其他三种贝类。代谢组学分析鉴定出1271种代谢物，其中高温组(30℃/34℃)与对照组(26℃)相比存在95-174个显著差异代谢物(SDMs)，主要包括氨基酸衍生物、脂肪酸、抗菌肽等。关键发现包括：(1)β-丙氨酸含量显著升高，其代谢通路中尿嘧啶和3-脲基丙酸含量下降，而相关合成酶基因(BUP-1、DPD等)表达无显著变化，但利用β-丙氨酸合成肌肽的CARNS基因显著下调；(2)抗菌代谢物新霉素和6-氨基青霉烷酸(6-APA)含量显著增加；(3)膜脂成分磷脂酰胆碱(PC)和CDP-胆碱上调，而促氧化的溶血磷脂胆碱(LPC)下调。

在讨论部分，作者提出三重适应机制：β-丙氨酸通过参与泛酸-CoA合成促进ATP生成，同时可能增强抗氧化能力；新霉素等抗菌代谢物的上调补偿了高温导致的免疫抑制；PCs的积累有助于维持细胞膜稳定性。这项研究首次系统揭示了中华蛤蜊通过代谢重编程应对高温胁迫的分子机制，为水产耐高温品种选育提供了β-丙氨酸、PCs等候选标记物，也为理解海洋无脊椎动物对环境胁迫的适应策略提供了新视角。

技术方法上，研究采用多物种比较生存实验确立中华蛤蜊的耐热表型，通过UPLC-ESI-Q-Orbitrap-MS平台进行非靶向代谢组检测，结合KEGG通路分析和qPCR验证(以β-actin为内参)，使用PLS-DA模型和聚类分析挖掘关键代谢物。

研究结果具体表现为：

1. 中华蛤蜊耐热性验证：34℃处理下，中华蛤蜊存活时间(9天)显著长于其他贝类(3天内死亡)。

2. 代谢轮廓变化：PCs和CDP-胆碱显著上调，LPC下调；β-丙氨酸及其前体代谢物呈现温度依赖性变化。

3. 通路富集分析：SDMs主要富集于β-丙氨酸代谢、泛酸-CoA生物合成等能量相关通路。

4. 免疫相关发现：氨基糖苷类抗生素新霉素和β-内酰胺类中间体6-APA含量显著增加。

结论强调，中华蛤蜊通过协调能量代谢(β-丙氨酸-CoA轴)、膜稳定性维持(PCs/LPC平衡)和天然抗生素合成(新霉素)的多层次调控网络应对高温胁迫，这种独特的代谢灵活性可能是其广温性适应的关键。该研究为应对气候变化下的水产养殖挑战提供了理论依据和潜在分子标记。