合肥工业大学食品与生物工程学院李述刚教授课题组联合湖北省农业科学院农产品加工所汪兰研究员课题组通过转录组学和蛋白质组学技术解析了低温和室温对克氏原螯虾肌肉的转录组和蛋白质组变化，通过与数据库对比分析了其基因差异表达，并对其差异表达的蛋白进行功能分析，探究克氏原鳌虾肌肉的低温应激变化。

　　Introduction

　　克氏原螯虾在活运过程中，易遭受温度、压力等刺激进而影响虾的健康和肉质。温度是克氏原螯虾生长发育最重要的环境因素之一，当温度变化超过自我调节阈值时，会诱发应激反应，并对体内平衡、免疫系统产生不利影响，给养殖业带来重大经济损失。因此，探索克氏原螯虾低温下肌肉质量和生理变化有助于预防和改善运输和储存过程中的不良反应。前期已有研究发现低温对克氏原螯虾生理生化指标及肌肉品质产生一定程度的影响，而从分子角度揭示克氏原螯虾对低温应激后肌肉变化的响应机制报道较少。

　　Result and analysis

　　功能注释和分类

　　为评估单基因序列的功能，在 NR、GO、KEGG、Pfam、eggNOG和 Swiss-Prot六大数据库中对基因功能进行了注释。在我们的结果中，30 150 个单基因被成功注释为 GO 的三个主要功能组，包括生物过程、细胞成分和分子功能（图1B）。在 eggNOG 数据库中，将 16 047 个单基因被分为 26 个簇（图1C）。在 KEGG 数据库中，将 8 363 个参与代谢途径的单基因被聚集成5 个主要簇。这些集群包括：细胞过程、环境信息处理、遗传信息处理、新陈代谢等（图 1D）。

　　A. NR数据库；B. eggNOG数据库；C. GO数据库；D. KEGG数据库。

　　图1 不同数据库中的基因功能注释

　　联合分析GO功能注释

　　为阐明克氏原螯虾在低温应激下自我调节的生物学过程，通过比较转录组和蛋白质组来探索二级 GO 功能注释的一致性。总体而言，NT vs LT_24 组、NT vs LT_36 组和 LT_24 vs LT_36 组3 个 GO 分支中的 DEGs 和 DEPs 注释大致相同。比较 NT vs LT_24 组、NT vs LT_36组和 LT_24 vs LT_36 组中 DEG 和 DEP 数量最多的前 20 个 GO 注释条目的差异，发现3 组中 DEPs 的数量略有变化，而 DEGs 的数量在3 组中变化很大。

　　图2 不同组间差异表达基因（DEGs）和差异表达蛋白（DEPs）的 GO 通路分布

　　联合分析KEGG通路富集

　　KEGG通路的显著富集可以决定DEGs 和 DEPs 所涉及的主要生化代谢通路和信号转导通路。在 DEG 和 DEP 的总和最大的 13 条KEGG 通路中，有 10 条被确定分布在 NT vs LT_24、NT vs LT_36 和 LT_24 vs LT_36 三组中。这10 种途径可能与碳水化合物代谢有关，包括糖酵解/糖异生途径、淀粉和蔗糖代谢等；与细胞运动有关的肌动蛋白细胞骨架通路的调节；与运输和分解代谢有关的过氧化物酶体途径；也有与氨基酸代谢有关的途径，如括缬氨酸和亮氨酸及异亮氨酸降解、酪氨酸代谢等。

　　A. NT vs LT_24；B. NT vs LT_36；C. LT_24 vs LT_36。

　　图3 不同组间差异表达基因（DEGs）和差异表达蛋白（DEPs）的KEGG 通路分布

　　低温响应下的主要差异基因调节通路分析

　　低温响应下的差异基因调节通路主要包括与低温应激相关的能量代谢、氨基酸代谢、细胞骨架的改变以及过氧化物酶体和 ROS 清除系统。在低温应激期间，生物体的能量消耗增加，外周组织的葡萄糖利用增加。低温应激期间异亮氨酸和谷氨酸含量的增加，低温应激上调 DEP 中参与细胞骨架重构的蛋白质，如β-actin、骨骼肌 actin 6、ACT1 等。低温应激24 h 后，克氏原螯虾肌肉中抗氧化酶活性受到抑制，克氏原螯虾主要通过过氧化物酶体途径中 ROS 代谢系统编码的蛋白质维持平衡。

　　图4 NT 和LT_24的KEGG代谢通路图

　　Conclusion

　　本研究探讨了4 ℃低温应激下克氏原螯虾的转录表达和蛋白质鉴定情况，筛选出了前20%的差异表达基因，并在GO和 KEGG通路中发现了注释最多的10 条通路。结果表明，低温应激后小龙虾肉的持水能力下降，pH值和硬度升高；KEGG富集分析表明，低温激活了糖酵解和氨基酸代谢途径以及过氧化物酶体途径，克氏原螯虾通过消耗碳水化合物和氨基酸来维持平衡，过氧化物酶体代谢编码的蛋白质可能在低温应激下清除自由基中起主要作用。此外，24 h 细胞骨架蛋白-肌动蛋白相关基因表达的显著增加可能是应激下肌肉硬度增加的原因。本研究首次揭示了低温对克氏原螯虾肌肉的分子响应机制，为克氏原螯虾活体贮运质量调控提供了理论支持。

　　Abstract

　　专家介绍

　　李述刚  教授

　　合肥工业大学食品与生物工程学院

　　李述刚，男，博士，教授，博士生导师。研究方向为食品胶体科学与技术、特色农产品加工和质量控制、休闲食品创制与产业化。现任安徽省现代农业产业体系农产品加工产业技术体系特色农品加工岗位专家，全国畜牧业标准化技术委员会禽业标准化工作组委员，中国生物工程学会生食品生物技术专业委员会委员，中国食品科学技术学会休闲食品分会理事等。先后主持承担国家自然科学基金、国家重点研发计划任务、国家农业成果转化资金及公益性（农业）行业专项等各类科研课题20余项；国家基金项目网评和省级科技项目评审专家，Food Science of Animal Products、Journal of Future Foods编委，《食品科学》杂志青年编委，Journal of Agricultural and Food Chemistry、Food Hydrocolloid和《食品科学》等20多个权威期刊杂志审稿人。先后获省市级科技进步奖励6项，获得省级中青年创新领军人才、省青年科技奖等称号；主编及参编出版教材8部，发表SCI和EI等高水平科研论文90余篇，授权技术专利30余件。

　　第一作者介绍

　　雷雨晴博士研究生

　　合肥工业大学食品与生物工程学院

　　雷雨晴，女，合肥工业大学食品与生物工程学院2022级在读博士，研究方向为蛋白质科学与技术，目前以第一作者发表SCI和EI科研论文4 篇。