前言：

今天的研究结果，增进了我们对南美白对虾血淋巴分子机制的了解。

一、水温对南美白对虾的影响。

水温变化是水产养殖中常见的压力源；在这些应激源中，低温是一个严重的环境应激因素。在对虾养殖中，低温会抑制免疫系统和扰乱生理过程，从而影响虾的健康。

对于南美白对虾（Penaeus vannamei），据报道在25至35摄氏度之间可以正常生长，但在低于18摄氏度时会停止摄食，并在低于12摄氏度时死亡。

南美白对虾耐冷性中基因和代谢物共同调控的分子机制仍不清楚。据我们所知，仍然缺乏通过生理学（研究活生物体的功能和机制）、转录组学（用于研究生物体转录组的技术）和代谢组学（涉及代谢物、细胞代谢产物的化学过程的研究）南美白对虾冷应激反应机制的研究。因此，系统地了解南美白对虾血淋巴（无脊椎动物中的血液类似物）响应冷应激的分子机制具有重要意义。

本研究讨论了一项使用生理学、转录组学和代谢组学分析研究南美白对虾对冷应激的反应。

二、研究设置

1、该研究采用健康南美白对虾（重量：9.06±0.23克，长度：10.0±0.4厘米），实验前将虾在室内水箱中养殖7天。

2、随机选取300只虾，分为3个1000升的PVC池，所有虾在实验前适应环境两天。实验起始温度设定为24℃（对照组，CK），并通过冷却器以每两小时2℃的速率自动冷却。然后，当水温达到预定温度(22、20、18、16、14和12℃)时停止冷却并保持稳定22小时。在此期间，将这些温度点（24℃/CK、20℃/T1、18℃/T2、14℃/T3和12℃/T4）设置为采样点。从每个温度点随机选择虾，并进行快速麻醉（10-15秒）。

3、在每个点（CK、T1、T2、T3、T4）从虾身上采集血淋巴样本，然后立即进行生理分析。实验流程如图1所示。

图1：实验过程。对照组（CK/24℃）、实验组1（T1/20℃）、实验组2（T2/18℃）、实验组3（T3/14℃）、实验组4 （T4/12 摄氏度）。(A)：驯化后，实验起始温度为24℃，冷却前在此温度下采集的样品命名为CK（对照组）。温度由冷水机以2℃/2h的速率自动冷却，当水温达到预定温度（22、20、18、16、14、12℃）时停止冷却。并保持稳定22小时，然后进行采样。(B)：离心后，在CK、T1、T2、T3和T4处收集每个组中的三尾虾的血清用于生理分析。

三、结果与讨论

总体而言，本研究结果表明，冷应激可引起南美白对虾酶活性、基因表达和代谢产物水平的明显变化（图2）。

1、在甲壳类动物中，血淋巴具有重要的功能，包括运输营养物质、代谢废物、激素和神经肽，同时也充当免疫反应的重要介质。血淋巴稳态的调节对于动物的健康至关重要。低温条件下代谢物的变化可能会受到基因变化的影响，反之亦然。

图2：南美白对虾在冷胁迫下的潜在调控机制。CK（24 摄氏度）、T2（18 摄氏度）和 T4（12 摄氏度）。

2、低温条件下某些基因的上调（细胞响应外部刺激而增加其细胞成分（如：核糖核酸、RNA和蛋白质）的产量和数量的过程）或下调可能导致相关代谢途径的激活或抑制，导致代谢物水平的升高或降低。此外，代谢物的变化可以通过反馈机制调节基因表达。例如，低温条件下某些代谢物的上调通过激活某些生理过程诱导相关基因的表达。

3、在长期的冷应激下，生物体的代谢反应可能会转向保存能量和优先考虑生存。根据转录组结果，我们观察到冷应激下血细胞中的糖异生（从某些非碳水化合物碳底物生物合成葡萄糖的代谢途径）代谢途径明显下调。在我们的研究中，参与糖异生的两种关键酶的表达在冷应激下下调，表明它们的活性降低，导致葡萄糖合成减少。

4、在冷应激下，一些氨基酸的代谢可能会改变。代谢组学数据揭示了冷应激下涉及氨基酸代谢途径的许多代谢物水平的显着变化。结果表明，冷应激对虾的氨基酸代谢有明显影响；当碳水化合物的利用受到阻碍时，它就会转向使用氨基酸作为能量来源。此外，与生长和其他特定功能相关的氨基酸也减少了。这种代谢反应可能会影响虾的整体健康和生理过程，包括生长、发育和免疫功能。此外，在我们的研究中，当温度降低时，一些其他氨基酸，例如丙氨酸、脯氨酸、D-鸟氨酸和L-谷氨酰胺，明显增加。

5、在冷应激下氨基酸脯氨酸和丙氨酸的积累似乎是无脊椎动物的共同特征。脯氨酸在非生物胁迫下对冷胁迫具有保护作用，脯氨酸的积累有助于生物体的耐寒和低温适应。脯氨酸可以为耐冷和冷驯化提供重要的能量储备，脯氨酸氧化为丙氨酸理论上可以提供代谢能量。先前的研究发现甲壳类动物的冷适应和耐冷性与脯氨酸水平的显着增加有关。

6、在我们的实验中，精氨酸水平的下降伴随着其他氨基酸浓度的明显增加，这表明一些氨基酸在冷应激下被分解产生更多的脯氨酸，这可能会提高生物体对低温的耐受性通过渗透保护、抗氧化防御和能量代谢等机制。这可能是生物体提高抗寒能力的重要机制之一。

7、我们的数据还表明，冷胁迫下脯氨酸、丙氨酸等氨基酸的积累有助于通过渗透保护、抗氧化防御、能量代谢和减少氧化应激损伤等机制增强南美白对虾的低温耐受性。这些结果进一步揭示氨基酸是南美白对虾应对冷胁迫的主要能量来源。

8、就冷应激对脂质代谢的影响而言，脂质是最容易获取的能量来源之一，甘油三酯（TG）分解为甘油和脂肪酸来提供能量。我们观察到低温胁迫期间南美白对虾血清中的TG水平明显下降，表明TG被消耗以提供能量。我们的数据表明，南美白对虾调节脂质代谢以应对冷应激，增加能量产生以维持低温应激下的细胞能量稳态。

9、关于冷应激引起的核苷酸（核酸、RNA 和 DNA 的基本组成部分）代谢的改变，总体而言，我们在研究中记录的变化表明冷应激可能导致核苷酸代谢紊乱，这可能对能量产生负面影响新陈代谢、信号转导（化学或物理信号作为一系列分子事件通过细胞传递的过程）和核苷酸合成能力。

10、在低温环境下，南美白对虾的代谢率会降低，这意味着它们的免疫系统可能无法像常温下那样有效地发挥作用。水生动物的氧化应激可以激活免疫防御系统。AKP和ACP酶在免疫系统中发挥重要作用，甲壳类动物中的AKP和ACP参与非特异性免疫的第一线。结果表明，低温胁迫后AKP和ACP活性明显下降，表明低温胁迫破坏了机体的非特异性免疫屏障，损害了南美白对虾的免疫系统。

11、转录组分析表明，低温胁迫下南美白对虾某些基因的表达下调。在寒冷胁迫下，南美白对虾这些基因的下调削弱了其免疫识别和防御系统。综上所述，冷应激导致南美白对虾应激反应和代谢紊乱，破坏抗氧化系统并导致免疫抑制。

四、研究观点

本研究采用综合多组学方法，结合生理学、转录组和代谢组数据，探讨南美白对虾对冷应激反应的调控机制。结果表明，冷胁迫可引起南美白对虾酶活性、基因表达和代谢产物水平的显着变化。

由于碳水化合物代谢受到抑制，生物体加速消耗某些氨基酸，如甘氨酸和谷氨酸，以获得更多的能量来维持其能量代谢。此外，一些氨基酸（如脯氨酸、丙氨酸和L-谷氨酰胺）的积累可能通过渗透保护、抗氧化防御和能量代谢等机制提高耐冷能力。

当温度下降到南美白对虾的耐受极限时，代谢稳态和生理平衡被破坏。抗氧化防御最初被激活，但在极低的温度下变得不堪重负，最终导致氧化损伤。

此外，发现在寒冷条件下免疫水平受到严重抑制。这些发现有助于更好地理解南美白对虾血淋巴响应冷应激的分子机制，为研究对虾冷应激反应提供重要参考。