马嘉欣副教授ABEL团队揭示南美白对虾在不同病原体感染下不同组织中基因表达的差异

南美白对虾又称凡纳对虾 Penaeus vannamei，俗称海白虾，是一种极具商业价值的水产养殖物种。作为全球养殖量最高的甲壳类动物之一，其产量约占亚洲养殖对虾总产量的80%。然而，对虾容易受到各种病原体（主要是病毒或细菌）的侵害，导致大规模传染病的频繁爆发，给渔民带来了巨额经济损失，也成为制约水产养殖业发展的主要障碍。尽管研究者们已关注南美白对虾在不同病原体感染下，组织转录组数据中高表达的几个与免疫反应有关的基因，但这些研究却忽视了表达相对较低但差异表达的基因。这些基因可能与多种组织中常见的重要途径有关，或者揭示不同组织在免疫反应中扮演的不同角色。因此，有必要进行转录组学的差异表达分析，以更详细地研究南美白对虾在不同病原体影响下，不同组织中基因表达情况的差异。尤其是在同一病原体和多个病原体的侵染下，南美白对虾差异表达基因在组织中的相似性和特异性表达应被重点关注。

中山大学生态学院马嘉欣副教授团队（ABEL团队）利用公共数据库中南美白对虾在白斑综合征病毒（WSSV）、副溶血性弧菌急性肝胰腺坏死病（VPAHPND）和十足目虹彩病毒1型（DIV1）感染下的三种免疫组织（鳃、肝胰腺和血细胞）转录组数据进行分析（表1），揭示了对虾组织的免疫反应存在组织特异性差异。

表1 本研究中用于分析的转录组的数据来源

结果显示，鳃中的DEG主要与环境信息处理和细胞过程有关，而血细胞中的DEGs主要与细胞过程有关，而肝胰腺中的DEG主要与代谢有关（图1）。血细胞含有许多免疫细胞和免疫活性物质，它们是无脊椎动物病原体入侵的关键屏障之一。研究发现，WSSV和VPAHPND感染下血细胞差异表达基因注释的通路相似，主要与脂肪酸代谢、紧密连接、肌动蛋白细胞骨架和吞噬体有关（图2）。此外，相对于WSSV和DIV1，VPAHPND的感染引起更多上调通路的DEGs，这可能表明血淋巴在抗菌免疫反应中发挥着更重要的作用。揭示了鳃、肝胰腺和血细胞在病原体感染下的反应存在显著差异。这可能归因于它们不同的结构特征、在免疫过程中发挥的作用以及它们与病原体之间独特的相互作用。

图1 在三种病原体感染下，凡纳对虾三种组织（鳃、血淋巴和肝胰腺）中差异表达基因（DEGs）在五个KEGG 1级类别中的数量直方图。

图2（A） 在WSSV、VPAHPND或DIV1感染下，凡纳对虾鳃、血细胞和肝胰腺中所有DEGs中GO术语。（B）在三种病原体感染中，鳃、血淋巴和肝胰腺中的差异表达基因(DEG) 至少在其中两种感染中共享相同的GO术语。

此外，研究结果还显示，细胞骨架相关蛋白、MAPK信号通路、补体和凝血水平通路以及产热在对虾与病原体的跨组织相互作用中发挥了关键作用（图[1] 3）。

图3 在WSSV、VPAHPND或DIV1感染的南美白对虾中，（A）鳃、（B）血细胞和（C）肝胰腺中DEGs的KEGG富集分析结果；KEGG 3级类别旁边的图标表示感染类型，灰色菱形表示在两个组织（鳃和血细胞或肝胰腺）中DEGs富集的KEGG通路，而黑色菱形表示在所有组织中DEGs富集的KEGG通路。

本研究为凡纳对虾与病原体之间的相互作用提供了新的见解。研究结果提高了对对虾免疫反应机制的认识，为养殖对虾疾病的预防和控制提供了理论依据，对促进其健康和对虾养殖的可持续发展具有重要意义。研究结果以“Transcriptome analysis of multiple tissues in the shrimp Penaeus vannamei reveals the typical physiological response to three pathogens”为题发表在海洋和工程学期刊Journal of Marine Science and Engineering（JCR：2.744/Q1）。我院硕士生吴梓微为该论文的第一作者，我院马嘉欣副教授和香港中文大学朱嘉濠教授为共同通讯作者，南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）为合作单位。

团队简介

ABEL团队致力于研究中国南部地区以及印度-西太平洋地区的动物群。由于这片区域不断受到全球气候变化和当地发展的威胁，我们的研究重点在于探究其生态多样性和系统发育多样性。这可以帮助我们更好地了解它们的生物学特性和演化历程，同时我们希望揭示这片海洋和淡水生物多样性热点地区的生物学及其进化和环境适应性（如温度、盐度、污染等）。目前我们正在进行的项目包括甲壳纲的系统基因组学和系统发育生理学、淡水十足目动物的生物地理学和进化，以及珊瑚礁鱼的进化生物学和保护遗传学。

团队网页：https://abel-sysu.github.io/en/

邮箱：majx26@mail.sysu.edu.cn