Влияние стресс‑факторов на экспрессию генов ракообразных
Аннотация
Обоснование. В данном обзоре систематизированы современные научные данные о влиянии абиотических (pH, температура, гипоксия, аммиак, нитриты) и биотических (вирусные и бактериальные инфекции) стресс-факторов на экспрессию генов у ракообразного отряда Decapoda. Проанализированы молекулярные ответы, затрагивающие ключевые функциональные группы генов, связанные с иммунитетом, осморегуляцией, антиоксидантной защитой, метаболизмом хитина и клеточным гомеостазом. Показано, что стресс-индуцированные изменения экспрессии носят комплексный, тканеспецифичный и времязависимый характер, выступая ключевым механизмом адаптации. Результаты анализа имеют важное прикладное значение для аквакультуры, открывая перспективы для идентификации молекулярных маркеров стрессоустойчивости и разработки стратегий оптимизации условий содержания коммерчески важных видов.
Цель. Целью обзора является систематизация и анализ современных научных данных о влиянии абиотических (таких как pH, температура, гипоксия, аммиак, нитриты) и биотических (вирусные и бактериальные инфекции) стресс-факторов на экспрессию генов, ассоциированных с иммунитетом, осморегуляцией, антиоксидантной защитой, метаболизмом хитина и клеточным гомеостазом, у ракообразного отряда Decapoda.
Материалы и методы. Исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории «Центр агробиотехнологии» Донского государственного технического университета 2024-2025 гг.
Результаты. Выявлены комплексные изменения в экспрессии ключевых генов, регулирующих иммунитет, осморегуляцию, антиоксидантную защиту, метаболизм хитина и клеточный гомеостаз. Показано, что эти тканеспецифичные и времязависимые изменения экспрессии являются центральным механизмом адаптационного ответа на стресс.
Заключение. Проведенный анализ современных научных данных позволил систематизировать информацию о влиянии абиотических и биотических стресс-факторов на экспрессию генов у ракообразных, в частности у представителей отряда Decapoda. Установлено, что изменения ключевых параметров окружающей среды (таких как температура, pH, концентрация аммиака и нитритов) и воздействие патогенов (вирусов, бактерий) вызывают сложные молекулярные ответы, затрагивающие гены, связанные с иммунитетом, осморегуляцией, антиоксидантной защитой, метаболизмом хитина и клеточным гомеостазом.
EDN: RCUGTX
Скачивания
Литература
Li, B. B., Fan, J. Q., Hong, Q. M., Yan, Z. Y., Yang, X. J., Lu, K. C., Chen, G. L., Li, M., Huang, W., & Chen, Y. H. (2022). Transcriptome analysis endoplasmic reticulum stress response in Litopenaeus vannamei hemocytes. Fish & Shellfish Immunology, 124, 421–429. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.04.008. EDN: https://elibrary.ru/TNGTWC
Ali, M. Y., Pavasovic, A., Mather, P. B., & Prentis, P. J. (2015). Analysis, characterisation and expression of gill expressed carbonic anhydrase genes in the freshwater crayfish Cherax quadricarinatus. Gene, 564(2), 176–187.
Li, Y., Pan, L., Tong, R., Li, Y., Li, Z., & Chen, Y. (2022). Effects of ammonia N stress on molecular mechanisms associated with immune behavior changes in the haemocytes of Litopenaeus vannamei. Molecular Immunology, 149, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2022.05.122. EDN: https://elibrary.ru/VHMURX
Cheng, H., Dai, Y., Ruan, X., Duan, X., Zhang, C., Li, L., Huang, F., Shan, J., Liang, K., Jia, X., Wang, Q., & Zhao, H. (2022). Effects of nanoplastic exposure on the immunity and metabolism of red crayfish (Cherax quadricarinatus) based on high throughput sequencing. Ecotoxicology and Environmental Safety, 245, 114114. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.114114. EDN: https://elibrary.ru/YWNPNO
Mengal, K., Kor, G., Kozák, P., & Niksirat, H. (2023). Effects of environmental factors on the cellular and molecular parameters of the immune system in decapods. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 276, 111332. ISSN 1095 6433.
Nie, X., Huang, C., Wei, J., Wang, Y., Hong, K., Mu, X., Liu, C., Chu, Z., Zhu, X., & Yu, L. (2024). Effects of photoperiod on survival, growth, physiological, and biochemical indices of redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus) juveniles. Animals (Basel), 14(3), 411. https://doi.org/10.3390/ani14030411. EDN: https://elibrary.ru/CBDJWI
Zheng, J., Jia, Y., Li, F., Chi, M., Cheng, S., Liu, S., Jiang, W., & Liu, Y. (2023). Changes in the gene expression and gut microbiome to the infection of decapod iridescent virus 1 in Cherax quadricarinatus. Fish & Shellfish Immunology, 132, 108451. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.108451. EDN: https://elibrary.ru/IXYLCY
Chen, D., & Wang, H. (2022). Redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus) responds to Vibrio parahaemolyticus infection by activating toll and immune deficiency signaling pathways and transcription of associated immune response genes. Fish & Shellfish Immunology, 127, 611–622. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.06.069. EDN: https://elibrary.ru/CPYCBZ
Jiang, Q., Zhang, W., Tan, H., Pan, D., Yang, Y., Ren, Q., & Yang, J. (2014). Analysis of gene expression changes, caused by exposure to nitrite, in metabolic and antioxidant enzymes in the red claw crayfish, Cherax quadricarinatus. Ecotoxicology and Environmental Safety, 104, 423–428.
Liu, H. P., Chen, R. Y., Zhang, Q. X., Peng, H., & Wang, K. J. (2011). Differential gene expression profile from haematopoietic tissue stem cells of red claw crayfish, Cherax quadricarinatus, in response to WSSV infection. Developmental & Comparative Immunology, 35(7), 716–724.
Krishnan, K., Prabhudas, S. K., Jayaraman, K., Angel, J. R. J., Jangam, A. K., Katneni, V. K., & Shekhar, M. S. (2023). Transcriptomic variations associated with salinity stress in Penaeus indicus. Molecular Biology Reports, 50(11), 9295–9306. https://doi.org/10.1007/s11033-023-08824-4. EDN: https://elibrary.ru/CNOVQA
Hernández Aguirre, L. E., Fuentes Sidas, Y. I., Rivera Rangel, L. R., Gutiérrez Méndez, N., Yepiz Plascencia, G., Chávez Flores, D., Zavala Díaz de la Serna, F. J., Peralta Pérez, M. D. R., & García Triana, A. (2022). cDNA characterization and expression of selenium dependent CqGPx3 isoforms in the crayfish Cherax quadricarinatus under high temperature and hypoxia. Genes (Basel), 13(2), 179. https://doi.org/10.3390/genes13020179. EDN: https://elibrary.ru/IQAFSQ
Callaghan, N. I., & MacCormack, T. J. (2022). Ecophysiological perspectives on engineered nanomaterial toxicity in fish and crustaceans. Comparative Biochemistry and Physiology C: Toxicology & Pharmacology, 193, 30–41.
Boulangé Lecomte, C., Forget Leray, J., & Xuereb, B. (2014). Sexual dimorphism in Grp78 and Hsp90A heat shock protein expression in the estuarine copepod Eurytemora affinis. Cell Stress Chaperones, 19(4), 591–597. https://doi.org/10.1007/s12192-013-0482-3. EDN: https://elibrary.ru/RVIOPK
Tarasova, I. V. (2010). The complement system. Allergology and Immunology in Pediatrics, 2(21), 45–48.
Mishchenko, A. A. (2021). Transmembrane C type lectin receptors in immunity. Bulletin of Syktyvkar University. Series 2: Natural Sciences. Medicine, 4(20). https://doi.org/10.34130/2306-6229-2021-4-8. EDN: https://elibrary.ru/HZICQK
Rudoy, D. V., Olshevskaya, A. V., Shevchenko, V. N., Golovko, L. S., & Oganisyan, M. M. (2025). Materials for the technology of pond cultivation of Australian red claw crayfish Cherax quadricarinatus (von Martens, 1868). Agrarian Bulletin of the North Caucasus, 15(1), 48–59. https://doi.org/10.31279/2949-4796-2025-15-1-48-59. EDN: https://elibrary.ru/CBVDZL
Zhang, X., Yuan, J., Li, F., & Xiang, J. (2021). Chitin synthesis and degradation in crustaceans: A genomic view and application. Marine Drugs, 19(3), 153. PMID: 33804177; PMCID: PMC8002005. https://doi.org/10.3390/md19030153. EDN: https://elibrary.ru/SKKSZA
Guo, H., et al. (2013). Gene expression of apoptosis related genes, stress protein and antioxidant enzymes in hemocytes of white shrimp Litopenaeus vannamei under nitrite stress. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 157(4), 366–371.
Yang, Y., Xu, W., Jiang, Q., Ye, Y., Tian, J., Huang, Y., Du, X., Li, Y., Zhao, Y., & Liu, Z. (2022). Effects of low temperature on antioxidant and heat shock protein expression profiles and transcriptomic responses in crayfish (Cherax destructor). Antioxidants, 11, 1779. https://doi.org/10.3390/antiox11091779. EDN: https://elibrary.ru/MFDMIW
Список литературы
Li, B. B., Fan, J. Q., Hong, Q. M., Yan, Z. Y., Yang, X. J., Lu, K. C., Chen, G. L., Li, M., Huang, W., & Chen, Y. H. (2022). Transcriptome analysis endoplasmic reticulum stress response in Litopenaeus vannamei hemocytes. Fish & Shellfish Immunology, 124, 421–429. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.04.008. EDN: https://elibrary.ru/TNGTWC
Ali, M. Y., Pavasovic, A., Mather, P. B., & Prentis, P. J. (2015). Analysis, characterisation and expression of gill expressed carbonic anhydrase genes in the freshwater crayfish Cherax quadricarinatus. Gene, 564(2), 176–187.
Li, Y., Pan, L., Tong, R., Li, Y., Li, Z., & Chen, Y. (2022). Effects of ammonia N stress on molecular mechanisms associated with immune behavior changes in the haemocytes of Litopenaeus vannamei. Molecular Immunology, 149, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2022.05.122. EDN: https://elibrary.ru/VHMURX
Cheng, H., Dai, Y., Ruan, X., Duan, X., Zhang, C., Li, L., Huang, F., Shan, J., Liang, K., Jia, X., Wang, Q., & Zhao, H. (2022). Effects of nanoplastic exposure on the immunity and metabolism of red crayfish (Cherax quadricarinatus) based on high throughput sequencing. Ecotoxicology and Environmental Safety, 245, 114114. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.114114. EDN: https://elibrary.ru/YWNPNO
Mengal, K., Kor, G., Kozák, P., & Niksirat, H. (2023). Effects of environmental factors on the cellular and molecular parameters of the immune system in decapods. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 276, 111332. ISSN 1095 6433.
Nie, X., Huang, C., Wei, J., Wang, Y., Hong, K., Mu, X., Liu, C., Chu, Z., Zhu, X., & Yu, L. (2024). Effects of photoperiod on survival, growth, physiological, and biochemical indices of redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus) juveniles. Animals (Basel), 14(3), 411. https://doi.org/10.3390/ani14030411. EDN: https://elibrary.ru/CBDJWI
Zheng, J., Jia, Y., Li, F., Chi, M., Cheng, S., Liu, S., Jiang, W., & Liu, Y. (2023). Changes in the gene expression and gut microbiome to the infection of decapod iridescent virus 1 in Cherax quadricarinatus. Fish & Shellfish Immunology, 132, 108451. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.108451. EDN: https://elibrary.ru/IXYLCY
Chen, D., & Wang, H. (2022). Redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus) responds to Vibrio parahaemolyticus infection by activating toll and immune deficiency signaling pathways and transcription of associated immune response genes. Fish & Shellfish Immunology, 127, 611–622. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.06.069. EDN: https://elibrary.ru/CPYCBZ
Jiang, Q., Zhang, W., Tan, H., Pan, D., Yang, Y., Ren, Q., & Yang, J. (2014). Analysis of gene expression changes, caused by exposure to nitrite, in metabolic and antioxidant enzymes in the red claw crayfish, Cherax quadricarinatus. Ecotoxicology and Environmental Safety, 104, 423–428.
Liu, H. P., Chen, R. Y., Zhang, Q. X., Peng, H., & Wang, K. J. (2011). Differential gene expression profile from haematopoietic tissue stem cells of red claw crayfish, Cherax quadricarinatus, in response to WSSV infection. Developmental & Comparative Immunology, 35(7), 716–724.
Krishnan, K., Prabhudas, S. K., Jayaraman, K., Angel, J. R. J., Jangam, A. K., Katneni, V. K., & Shekhar, M. S. (2023). Transcriptomic variations associated with salinity stress in Penaeus indicus. Molecular Biology Reports, 50(11), 9295–9306. https://doi.org/10.1007/s11033-023-08824-4. EDN: https://elibrary.ru/CNOVQA
Hernández Aguirre, L. E., Fuentes Sidas, Y. I., Rivera Rangel, L. R., Gutiérrez Méndez, N., Yepiz Plascencia, G., Chávez Flores, D., Zavala Díaz de la Serna, F. J., Peralta Pérez, M. D. R., & García Triana, A. (2022). cDNA characterization and expression of selenium dependent CqGPx3 isoforms in the crayfish Cherax quadricarinatus under high temperature and hypoxia. Genes (Basel), 13(2), 179. https://doi.org/10.3390/genes13020179. EDN: https://elibrary.ru/IQAFSQ
Callaghan, N. I., & MacCormack, T. J. (2 Newton). Ecophysiological perspectives on engineered nanomaterial toxicity in fish and crustaceans. Comparative Biochemistry and Physiology C: Toxicology & Pharmacology, 193, 30–41.
Boulangé Lecomte, C., Forget Leray, J., & Xuereb, B. (2014). Sexual dimorphism in Grp78 and Hsp90A heat shock protein expression in the estuarine copepod Eurytemora affinis. Cell Stress Chaperones, 19(4), 591–597. https://doi.org/10.1007/s12192-013-0482-3. EDN: https://elibrary.ru/RVIOPK
Тарасова, И. В. (2010). Система комплемента. Аллергология и иммунология в педиатрии, 2(21), 45–48.
Мищенко, А. А. (2021). Трансмембранные лектиновые рецепторы с типа в иммунитете. Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2: Естествознание. Медицина, 4(20). https://doi.org/10.34130/2306-6229-2021-4-8. EDN: https://elibrary.ru/HZICQK
Rudoy, D. V., Olshevskaya, A. V., Shevchenko, V. N., Golovko, L. S., & Oganisyan, M. M. (2025). Materials for the technology of pond cultivation of Australian red claw crayfish Cherax quadricarinatus (von Martens, 1868). Agrarian Bulletin of the North Caucasus, 15(1), 48–59. https://doi.org/10.31279/2949-4796-2025-15-1-48-59. EDN: https://elibrary.ru/CBVDZL
Zhang, X., Yuan, J., Li, F., & Xiang, J. (2021). Chitin synthesis and degradation in crustaceans: A genomic view and application. Marine Drugs, 19(3), 153. PMID: 33804177; PMCID: PMC8002005. https://doi.org/10.3390/md19030153. EDN: https://elibrary.ru/SKKSZA
Guo, H., et al. (2013). Gene expression of apoptosis related genes, stress protein and antioxidant enzymes in hemocytes of white shrimp Litopenaeus vannamei under nitrite stress. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 157(4), 366–371.
Yang, Y., Xu, W., Jiang, Q., Ye, Y., Tian, J., Huang, Y., Du, X., Li, Y., Zhao, Y., & Liu, Z. (2022). Effects of low temperature on antioxidant and heat shock protein expression profiles and transcriptomic responses in crayfish (Cherax destructor). Antioxidants, 11, 1779. https://doi.org/10.3390/antiox11091779. EDN: https://elibrary.ru/MFDMIW
Просмотров аннотации: 13
Copyright (c) 2025 Daniil Yu. Kovalchuk, Diana S. Sarkisyan, Enkrina E. Cholutaeva, Victoria N. Shevchenko
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
