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