Integrating Transcriptome and Metabolome Analyses Revealed Salinity Induces Arsenobetaine Biosynthesis in Marine Medaka (Oryzias melastigma)

代谢组 转录组 生物 砷硼烷 计算生物学 代谢组学 化学 生物信息学 遗传学 基因 基因表达 质谱法 色谱法 电感耦合等离子体质谱法
作者
L. X. Zhang,Liping Huang,Zijun Ye,Ke Pan,Zhu Xiong,Jianyou Long,Gaosheng Zhang,Yunxue Guo,Wei Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (40): 17629-17640 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c07382
摘要

Marine fish exhibit elevated levels of arsenobetaine (AsB), while the impact and underlying mechanism of salinity on AsB biosynthesis remain inadequately explored. In this study, marine medaka (Oryzias melastigma), typically inhabiting 30‰ high salinity, were gradually acclimated to low salinities of 20, 10, and 0‰. Following acclimation, the fish were exposed to arsenate (As(V)) in their diet for 30 days. Results showed a significant accumulation of total arsenic (As) and AsB concentrations in the muscle and head tissues of the exposed fish, with these accumulations exhibiting a positive correlation with water salinity. Transcriptome analyses revealed that exposure to As(V) at low salinity may disrupt membrane components and induce cytoskeletal injuries, while at high salinity, it triggered oxidoreductase activity and transmembrane transport. Metabolome analyses indicated that low salinity induced osmotic stress, resulting in an increased requirement for amino acids to upload intracellular osmotic equilibrium in O. melastigma. Furthermore, the key organic osmolytes and amino acids, including taurine, l-methionine, guanidinoethyl sulfonate, and N-acetyl-l-aspartic acid, exhibited a negative correlation with the AsB concentration. These findings indicated that salinity can regulate osmotic balance by influencing amino acid synthesis under low salinity and stimulating AsB synthesis under high salinity conditions in O. melastigma. This study provides insights into the impact of high salinity on AsB biosynthesis, the underlying regulatory mechanisms, and implications for managing As(V) risk.
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