铜和锌富集在牡蛎逆境适应中的功能及作用机制

Oyster is highly adaptable to environmental stress, and another unique biological characteristic is superior enrichment of copper (Cu) and zinc (Zn), but its biological significance is still less known. Based on the study of Cu-Zn immune function and the analysis of oyster’s genomic data, it is speculated that the accumulation of Cu and Zn may be important for oyster adversity adaptation. Therefore, the biological significance of oyster Cu-Zn enrichment, and the relationship between Cu-Zn enrichment and adversity adaptation deserve further study. In this project, Cu and Zn differentiation oyster family will be used to study the effects of Cu-Zn enrichment on antibacterial activity, dry and high temperature resistance, and the differences of physiological stress response to explore the function of Cu and Zn. The mechanism of Cu-Zn enrichment in resisting stress will be discussed through the study of Cu-Zn distribution model, the binding protein analysis and the key protein function. The results are helpful to elaborate the biological significance of Cu and Zn enrichment in oyster and adversity adaptation mechanism, and provide the theoretical basis for the breeding of resistant oysters based on Cu and Zn enrichment ability.

牡蛎有很强的环境胁迫适应能力，另一独特的生物学特性是对铜、锌的超强富集，但对其生物学意义所知尚少。根据现有牡蛎铜锌的免疫功能研究和基因组数据解析，推测牡蛎富集铜锌可能对其逆境适应有重要意义。因此牡蛎铜锌富集的生物学意义尤其是与逆境适应的关系值得深入研究。本项目利用铜锌富集分化的牡蛎家系，研究铜锌富集对牡蛎抗菌、耐干露和耐高温性能的影响，同时分析不同富集水平牡蛎在环境胁迫下生理应激反应差异，结合抗逆过程中铜锌分布模式、铜锌结合蛋白组分析以及关键蛋白功能研究，初步探讨铜锌富集在牡蛎抵御环境胁迫中的作用及其机制。研究结果将有助于理解牡蛎富集铜锌的生物学意义和逆境适应机制，为基于铜锌富集水平开展抗逆牡蛎选育提供理论依据。

牡蛎具有超强的铜、锌富集能力，但其生物学意义所知尚少。根据现有牡蛎铜锌的免疫功能研究和基因组数据解析，推测牡蛎富集铜锌对其逆境适应有重要意义。本项目利用金属暴露、群体选育技术成功构建铜锌含量分化显著的实验材料体系，解析铜锌富集水平和抗逆性能之间的关系及其机制。研究发现提高铜锌富集水平可以显著增强牡蛎抗菌和抗干露能力。遭受病菌入侵及干露胁迫后，牡蛎体内铜和锌快速再分配，在血浆和血细胞中出现爆发式增长。锌离子可以直接抑制病原菌的生长，而铜则可以和细胞内过氧化氢快速生成羟基自由基，灭杀病原。此外，铜离子还能极大增加牡蛎体内抑菌酶（PO）的活力。牡蛎铜锌富集量的差异则可以影响免疫反应中铜锌爆发的程度。我们对福建牡蛎高、低铜锌累积选育系的铜、锌结合蛋白以及体内代谢产物进行分离鉴定和表达研究。结果显示低累积选育系牡蛎体内铜锌以更易周转的结合形式存在细胞内，细胞内反而面临着更大的抗氧化解毒压力。而高累积选育系铜锌以稳定的硫化物结合蛋白形式被区域化隔离在囊泡结构中。铜锌吸收、储存、外排通路的差异改变了细胞抗氧化体系及能量代谢过程，影响牡蛎面对环境胁迫时所做出的应激反应。本项目的研究成果明确了铜锌在贝类体内的生物功能，理解牡蛎对铜锌的特殊需求，除了回答牡蛎为什么进行铜锌富集这一科学问题，还进一步丰富贝类逆境适应学说体系。对于牡蛎防病和抗逆选育也具有重要的指导意义。