GSS与PAPSS基因调控麻痹性贝毒在扇贝肾脏中转化的作用机理

Paralytic shellfish toxins (PST) have been designated as the most common marine toxins in the world. As filter-feeding species, bivalves are able to graze on toxin-producing dinoflagellates and accumulate high levels of PST, which causes acute poisoning if people consume toxin-containing bivalves along the food chain. There are many derivatives of PST with different toxicities. And scallops have been detected to transform PST to more toxic one, which will threaten food safety of bivalve products. But the mechanism is still unknown. Based on our former research, we first find that the kidney is the most poisonous organ with the highest toxicity of PST and acts as a major “center” for PST transformation to more toxic one. According to the expression profiles of kidneys, we identify the hub genes, GSS and PAPSS, which influenced the PST category and efficiency of toxins transformation. In this study, we plan to focus on the functions of GSS and PAPSS on PST transformation. Furthermore, in order to verify their functions, we are going to analyze PST variations, study the regulatory network and locate the candidate gene loci, using the methods of gene co-expression network analysis, linkage and association analyses, and gene silencing. This research will benefit our understanding of adaptive evolution in bivalve and provide theoretical reference for bivalve breeding with safe quality.

麻痹性贝类毒素（PST）是目前世界上分布最广的一类海洋毒素，双壳贝类通过滤食产毒藻可大量积蓄PST，并可通过食物链传递到人体，严重危害人类的生命健康。PST具有多种不同毒力的衍生物，并在扇贝体内发现毒素存在由低毒向高毒的转化现象，这对贝类水产品的食品安全构成了潜在威胁。但目前对贝毒转化的认知还十分有限。通过前期研究，我们首次发现扇贝肾脏是个体中最毒的器官，是PST转化为高毒力毒素的主要场所。通过对扇贝肾脏表达谱解析，我们发现了GSS与PAPSS基因在毒素转化中起着重要作用，影响毒素转化类型与转化效率。本研究将重点对GSS与PAPSS基因进行功能验证，通过基因共表达网络分析、连锁关联分析、基因沉默等技术方法，分析其表达变化对毒素转化及相关基因网络的影响，筛查调控功能基因表达的遗传决定位点，为理解贝类适应性进化和培育安全低毒贝类良种提供理论基础。

麻痹性贝类毒素（PST）是一类对细胞膜钠离子通道（Nav）有抑制作用的神经毒素，能够造成肌肉活动障碍和呼吸麻痹。双壳贝类作为滤食性海洋生物，在摄食过程中可积累大量PST，并在体内代谢转化，但目前对扇贝耐受及代谢PST的分子基础尚不清楚。本研究以扇贝为研究对象，解析扇贝神经系统、运动器官、及毒素主要累积器官响应PST代谢的分子机制。研究发现，（1）在扇贝神经系统中，结构简单的脑神经节（CG）通过促进PST结合靶基因Nav及离子流调控基因上调表达以提升CG对PST的耐受能力，而在愈合程度高且结构复杂的足神经节（PG）与脏壁神经节（PVG）中鉴定到一系列解毒相关反应酶蛋白编码基因。值得注意的是Nav自身具有抗毒氨基酸位点，且在攻毒后扇贝其它组织表达未有显著变化，但仍在扇贝神经节中显著上调表达，而扇贝神经节的功能正常是神经网络信息正常传递、维持机体内环境稳态的关键。上述发现展现了扇贝神经节的毒素耐受与适应性机制。（2）在扇贝毒素积累量最高的器官肝胰腺中发现一套完整的响应外源物质代谢过程，共包括0、I、II、III共四相解毒反应，提高了机体对毒素的耐受能力。（3）扇贝肾脏与闭壳肌主要积累非藻源毒素，存在毒素转化，通过组学分析与功能学实验，筛查并定位到影响PST转化的关键基因与位点。其中，扇贝肾脏中GSS、PAPSS、PAPST（SLC35家族的PAPS转运蛋白）等基因富集在相同功能模块，具有紧密的联通关系；而扇贝运动器官闭壳肌的表达网络则是以谷胱甘肽硫转移酶（GST）为关键基因，影响闭壳肌中PST从高毒向低毒的转化。扇贝机体磺基的代谢利用可能对扇贝肾脏与闭壳肌中PST的转化产生重要影响，而磺基转移酶基因（SULT）在肾脏与闭壳肌中的表达差异反映了肾脏与闭壳肌在磺基代谢的差异，这种差异可能导致了器官内毒素转化方向的不同。上述研究成果有助于更好地了解扇贝在生物毒素积累中的稳态响应以及生物毒性对其的影响，增强人们对贝类吸收、转运、代谢PST规律的认识，为养殖贝类食品安全风险防控提供了理论参考。