全球温度变化对海洋贝类DNA损伤、细胞凋亡及其适应能力的影响

全球气候变化已经对海洋生物产生了重要影响，一些能广泛适应温度变化的种类生存下来成为优势种，而有些物种因不能适应环境温度变化正在逐渐减少或消亡，但是其具体机制尚不清楚。本申请针对上述现象，以温度适应性不同、分类地位相近的海洋贝类为研究对象，系统比较并确定温度胁迫导致的DNA损伤类型及程度，解析DNA损伤的机制；通过基因定量、抗体免疫杂交、凋亡程度定量、蛋白质下拉和酵母双杂交等技术，描述温度压力导致的贝类不同类型及程度DNA损伤过程中，细胞形态变化，细胞凋亡程度，分析p53蛋白、DNA损伤修复酶、JNK/p38途径及caspase3在DNA损伤、受损DNA修复和细胞凋亡信号传导中的角色；明晰不同类型、不同程度DNA损伤引起的细胞信号传导途径，系统阐释贝类通过DNA损伤和其诱导的细胞凋亡途径对温度胁迫的响应机理及适应/消亡机制，为管理和保护全球气候变化的海洋生物多样性提供科学依据。

本研究以太平洋美国与中国沿岸的主要贻贝种类，加州贻贝、地中海贻贝，及厚壳贻贝为研究对象，通过比较生理学、生物化学及分子生物学等方法，研究了高温28ºC、32ºC及低温2ºC及6ºC胁迫后，不同种类贻贝血细胞的DNA损伤类型及损伤程度；分析了贻贝不同组织中的细胞凋亡关键指标，caspase3的活性及caspase3酶原/激活状态caspase3的变化；除细胞凋亡之外，检测了温度胁迫是否会引起其他类型的细胞损伤；解析了细胞受到损伤后，压力早期反应的蛋白MAPK家族中的p38及JNK的磷酸化水平、细胞周期关键调控蛋白p21、抑癌蛋白p53的磷酸化位点及磷酸化水平、以及DNA损伤修复酶APE等关键因子的变化；采用蛋白质组学技术分析了上述关键样本的蛋白质表达变化；克隆了不同贻贝的p38、JNK、caspase3/7等关键基因的序列，分析了温度胁迫后其在RNA，蛋白质及翻译后修饰等不同水平上的表达变化。结果表明，高温或者低温胁迫，均会导致不同种类贻贝血细胞DNA的明显损伤，特别是双链DNA损伤与胁迫温度及胁迫时间具有明显相关性；但是温度适应能力更强的地中海贻贝，在受到高温胁迫后，其双链DNA损伤程度较轻；而加州贻贝和厚壳贻贝等本地贻贝种类在受到同样温度胁迫后，其双链DNA损伤程度明显增加；低温也能引起贻贝的DNA损伤，生活温度较低的加州贻贝，其DNA损伤程度较轻，而适应高温的种类，其DNA损伤程度较为严重；高温及低温胁迫均会导致不同种类贻贝血细胞中caspase3活性明显增加；高温及低温都导致不同种类贻贝血细胞中p38及JNK的磷酸化水平升高，这种升高在一定温度范围内呈现与胁迫温度与胁迫时间呈现密切相关性；胁迫导致p53蛋白在不同位点的磷酸化水平变化，不同位点的磷酸化决定细胞凋亡或者进入静息阶段诱导DNA损伤修复；适应性较强的种类其DNA修复能力也较强；但是当胁迫温度超过动物的耐受范围，将会直接导致细胞的坏死或者细胞裂解，坏死与裂解程度与胁迫温度与时间呈现密切相关；蛋白质组学分析表明，HSP家族、凋亡、氧代谢、压力应激等相关途径蛋白质参与其中的调控；获得了不同种类贻贝中的p38、JNK、caspase3等序列、结构差异及相应胁迫中的反应特征，为解释全球温度变化下贻贝的适应性奠定基础，相关文章发表在JEB, CPB及科学通报等。