Альтернативный сплайсинг динамически регулирует эмбриогенез обыкновенного карпа при тепловом стрессе

Печать

Альтернативный сплайсинг динамически регулирует эмбриогенез обыкновенного карпа при тепловом стрессе

Тепловой стресс является одним из наиболее значительных факторов окружающей среды, оказывающих влияние на развитие и выживаемость рыб. В условиях изменения климата и повышения температуры водоемов, понимание реакции водных организмов на тепловые колебания становится особенно актуальным. Обыкновенный карп (Cyprinus carpio), как одна из наиболее распространенных пресноводных рыб, представляет собой интересный объект для изучения в этой области, особенно в контексте его эмбрионального и личиночного развития.

Эмбриогенез обыкновенного карпа и тепловой стресс

Эмбриогенез обыкновенного карпа проходит несколько ключевых стадий, каждая из которых имеет свои особенности и уязвимости. Наиболее критичными являются ранние стадии, такие как морула и гаструла, когда развивающиеся организмы наиболее чувствительны к изменениям температуры. Тепловой стресс может вызывать различные физиологические реакции, включая изменения в экспрессии генов, что в свою очередь может влиять на выживаемость и развитие личинок.

Альтернативный сплайсинг как механизм адаптации

Альтернативный сплайсинг (AS) — это процесс, при котором из одного гена могут образовываться различные мРНК, что позволяет клеткам адаптироваться к изменениям в окружающей среде. В рамках нашего исследования мы провели RNA-seq анализ на восьми стадиях развития обыкновенного карпа при четырех различных температурах. Результаты показали, что гены и события альтернативного сплайсинга широко распределены между всеми стадиями развития.

В процессе анализа было идентифицировано 5835 генов AS, специфичных для стадии развития (SAS), а также 21 368 дифференциально экспрессируемых генов, специфичных для температуры (TDEGs). Особое внимание было уделено 2652 дифференциально экспрессируемым генам, специфичным для температуры и альтернативного сплайсинга (TDAS).

Узловые гены и их роль

Среди узловых генов TDAS, таких как taf2, hnrnpa1 и drg2, были выявлены ключевые участники в ответе на тепловой стресс. Эти гены играют важную роль в регуляции клеточных процессов, связанных с адаптацией к изменяющимся температурным условиям. Анализ сети белок-белковых взаимодействий (PPI) позволил определить их взаимосвязи и функциональную значимость в контексте эмбриогенеза.

Влияние температуры на различные стадии развития

Результаты показали, что ранние стадии развития, такие как морула, демонстрируют наибольшую чувствительность к тепловому стрессу. На этой стадии наблюдается значительное увеличение экспрессии транскриптов, а также количества TDEGs и TDAS. С переходом к стадии гаструлы эта чувствительность сохраняется, однако дальнейшие стадии, такие как зрительный пузырек и один день после вылупления, показывают другую динамику, где гены TDAS более активно участвуют в процессах биосинтеза.

Анализ GO и KEGG

Для более глубокого понимания функциональных изменений, вызванных тепловым стрессом, были проведены анализы GO (Gene Ontology) и KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes). Эти анализы показали, что гены TDAS, начиная с стадии морулы и заканчивая стадией нейрулы, более активно вовлечены во внутриклеточный транспорт, модификацию белка и процессы локализации. На более поздних стадиях, таких как зрительный пузырек, акцент смещается на процессы биосинтеза, что указывает на изменение метаболической активности в ответ на температурные изменения.

Субгеномный анализ

Дополнительный субгеномный анализ выявил, что количество генов AS и событий в подгеноме B в целом превышает таковое в подгеноме A. Это может указывать на различия в регуляции генов между подгеномами, что в свою очередь может иметь значение для адаптации к тепловому стрессу.

Заключение

Изучение влияния теплового стресса на эмбриогенез обыкновенного карпа через призму альтернативного сплайсинга открывает новые горизонты для понимания механизмов адаптации рыб к изменяющимся климатическим условиям. Результаты нашего исследования подчеркивают важность ранних стадий развития в контексте теплового стресса и выявляют ключевые гены, которые могут быть использованы для дальнейших исследований в области аквакультуры и охраны водных экосистем.

Источник:  BMC Genomics

Печать
84
09.10.2024

Статьи партнеров