A interação entre o aquecimento oceânico, hipóxia e hipercapnia, sugerida por projeções climáticas, pode levar um organismo mais cedo aos limites de sua janela de tolerância térmica. Em um estudo anterior com juvenis de abalone verde (Haliotis fulgens), a exposição combinada a hipóxia e hipercapnia durante o estresse térmico induziu uma redução da temperatura crítica máxima (CT<inf>máx</inf>), indicada por consumo de oxigênio restrito, espasmos musculares e perda de fixação. Assim, o presente estudo investigou a fisiologia celular no músculo do pé de juvenis de H. fulgens expostos ao aquecimento agudo (18 °C a 32 °C a +3 °C dia−1) sob hipóxia (50% de saturação de ar) e hipercapnia (~1000 μatm PCO<inf>2</inf>), isoladamente e em combinação, para decifrar os mecanismos que levam à perda funcional neste tecido. Sob exposição a hipóxia ou hipercapnia, a atividade da citrato sintase (CS) diminuiu com o aquecimento inicial, em linha com a compensação térmica, mas retornou aos níveis de controle a 32 °C. As enzimas anaeróbicas lactato e tauropina desidrogenase aumentaram apenas sob hipóxia a 32 °C. Sob o tratamento combinado, a CS superou a compensação térmica e permaneceu estável no geral, indicando regulação mitocondrial ativa sob essas condições. A acumulação limitada de metabólitos anaeróbicos indica modo inalterado de produção de energia. Em todos os tratamentos, a regulação positiva do mRNA de Hsp70 foi observada já a 30 °C. No entanto, a falta de evidências para acumulação da proteína Hsp70 fornece apenas suporte limitado à desnaturação térmica de proteínas. Concluímos que sob hipóxia e hipercapnia combinadas, a depressão metabólica permitiu que a musculatura de H. fulgens mantivesse um modo aeróbico de metabolismo em resposta ao aquecimento, mas pode ter contribuído para a perda funcional. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessment of muscular energy metabolism and heat shock response of the green abalone Haliotis fulgens (Gastropoda: Philipi) at extreme temperatures combined with acute hypoxia and hypercapnia: The interaction between ocean warming, hypoxia and hypercapnia, suggested by climate projections, may push an organism earlier to the limits of its thermal tolerance window. In a previous study on juveniles of green abalone (Haliotis fulgens), combined exposure to hypoxia and hypercapnia during heat stress induced a lowered critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), indicated by constrained oxygen consumption, muscular spams and loss of attachment. Thus, the present study investigated the cell physiology in foot muscle of H. fulgens juveniles exposed to acute warming (18 °C to 32 °C at +3 °C day−1) under hypoxia (50% air saturation) and hypercapnia (~1000 μatm PCO<inf>2</inf>), alone and in combination, to decipher the mechanisms leading to functional loss in this tissue. Under exposure to either hypoxia or hypercapnia, citrate synthase (CS) activity decreased with initial warming, in line with thermal compensation, but returned to control levels at 32 °C. The anaerobic enzymes lactate and tauropine dehydrogenase increased only under hypoxia at 32 °C. Under the combined treatment, CS overcame thermal compensation and remained stable overall, indicating active mitochondrial regulation under these conditions. Limited accumulation of anaerobic metabolites indicates unchanged mode of energy production. In all treatments, upregulation of Hsp70 mRNA was observed already at 30 °C. However, lack of evidence for Hsp70 protein accumulation provides only limited support to thermal denaturation of proteins. We conclude that under combined hypoxia and hypercapnia, metabolic depression allowed the H. fulgens musculature to retain an aerobic mode of metabolism in response to warming but may have contributed to functional loss. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância ao calor das mudas de tomate foi significativamente melhorada após tratamento de choque térmico a 40°C por 4 h. Comparado com o controle, as mudas de tomate submetidas ao choque térmico, por um lado, apresentaram maior taxa fotossintética líquida (P<inf>N</inf>), condutância estomática, concentração intercelular de CO<inf>2</inf>, eficiência do uso da água, rendimento quântico máximo da fotoquímica do PSII (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>), taxa de transporte de elétrons, eficiência fotoquímica real do PSII e atividade de enzimas antioxidantes, por outro lado, apresentaram menor quenching não fotoquímico, condutividade relativa, conteúdo de malondialdeído (MDA) e acúmulo de espécies reativas de oxigênio (ROS). Além disso, o choque térmico induziu a produção de proteínas de choque térmico (HSPs) nas folhas das mudas de tomate. HSP70 foi significativamente negativamente correlacionada com P<inf>N</inf>, F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>, catalase, superóxido dismutase e peroxidase e foi significativamente positivamente correlacionada com MDA e ROS. No geral, tratamentos de choque térmico de curta duração, induzindo a produção de HSPs, ajudaram a melhorar a tolerância térmica das mudas de tomate. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Enhancing the thermotolerance of tomato seedlings by heat shock treatment: The heat tolerance of tomato seedlings was significantly enhanced after heat shock treatment at 40°C for 4 h. Compared with the control, the heat-shocked tomato seedlings, on one hand, had a higher net photosynthetic rate (P<inf>N</inf>), stomatal conductance, intercellular CO<inf>2</inf> concentration, water-use efficiency, maximal quantum yield of PSII photochemistry (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>), electron transport rate, actual photochemical efficiency of PSII, and activity of antioxidant enzymes, on the other hand, had lower nonphotochemical quenching, relative conductivity, malondialdehyde content (MDA), and accumulation of reactive oxygen species (ROS). In addition, heat shock induced production of heat shock proteins (HSPs) in tomato seedling leaves. HSP70 was significantly negatively correlated with P<inf>N</inf>, F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>, catalase, superoxide dismutase, and peroxidase and was significantly positively correlated with MDA and ROS. Overall, short-term heat shock treatments, inducing the production of HSPs, helped improve the thermal tolerance of tomato seedlings. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Reverter o declínio global na abundância e diversidade de peixes depende de soluções de conservação baseadas em ciência. Existe uma riqueza de dados sobre as restrições ecofisiológicas de muitos peixes, mas grande parte dessas informações é subutilizada em planos de recuperação devido à falta de síntese. Aqui, usamos o ameaçado esturjão-verde (Acipenser medirostris) como exemplo de como uma síntese quantitativa de dados fisiológicos pode informar planos de conservação, identificar lacunas de conhecimento e direcionar ações futuras de pesquisa. Revisamos e extraímos metadados de artigos revisados por pares sobre o esturjão-verde. Um total de 105 publicações foram identificadas, abrangendo múltiplas disciplinas, com o foco principal sendo fisiologia da conservação (23,8%). Uma abordagem meta-analítica foi escolhida para resumir os efeitos médios de estressores proeminentes (temperaturas elevadas, salinidade, baixa disponibilidade de alimento e contaminantes) em vários traços fisiológicos (crescimento, tolerância térmica, desempenho natatório e expressão de proteínas de choque térmico). Todos os estressores examinados prejudicaram significativamente o crescimento do esturjão-verde, e custos adicionais específicos por estressor foram documentados. Essas descobertas foram então usadas para sugerir várias ações de manejo, como mitigar a intrusão de sal em habitats de berçário e manter as temperaturas da água dentro de faixas ótimas durante os períodos de pico de desova. Lacunas-chave de dados também foram identificadas; os esforços de pesquisa foram tendenciosos para estágios de história de vida juvenil (38,1%) e adulto (35,2%), e menos dados estão disponíveis para estágios iniciais de história de vida (embrionário, 11,4%; larva com saco vitelino, 12,4%; e larva pós-saco vitelino, 16,2%). Da mesma forma, a maioria dos dados foi coletada de estudos com estressor único (91,4%) e há uma necessidade urgente de entender as interações entre estressores, uma vez que a mudança antropogênica é multivariada e dinâmica. Coletivamente, essas descobertas fornecem um exemplo de como revisões meta-analíticas são uma ferramenta poderosa para informar ações de manejo, com o objetivo final de maximizar os ganhos de conservação a partir dos esforços de pesquisa. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Integrating physiological data with the conservation and management of fishes: A meta-analytical review using the threatened green sturgeon (Acipenser medirostris): Reversing global declines in the abundance and diversity of fishes is dependent on science-based conservation solutions. A wealth of data exist on the ecophysiological constraints of many fishes, but much of this information is underutilized in recovery plans due to a lack of synthesis. Here, we used the imperiled green sturgeon (Acipenser medirostris) as an example of how a quantitative synthesis of physiological data can inform conservation plans, identify knowledge gaps and direct future research actions. We reviewed and extracted metadata from peer-reviewed papers on green sturgeon. A total of 105 publications were identified, spanning multiple disciplines, with the primary focus being conservation physiology (23.8%). A meta-analytical approach was chosen to summarize the mean effects of prominent stressors (elevated temperatures, salinity, low food availability and contaminants) on several physiological traits (growth, thermal tolerance, swimming performance and heat shock protein expression). All examined stressors significantly impaired green sturgeon growth, and additional stressor-specific costs were documented. These findings were then used to suggest several management actions, such as mitigating salt intrusion in nursery habitats and maintaining water temperatures within optimal ranges during peak spawning periods. Key data gaps were also identified; research efforts have been biased towards juvenile (38.1%) and adult (35.2%) life-history stages, and less data are available for early life-history stages (embryonic, 11.4%; yolk-sac larvae, 12.4%; and post yolk-sac larvae, 16.2%). Similarly, most data were collected from single-stressor studies (91.4%) and there is an urgent need to understand interactions among stressors as anthropogenic change is multi-variate and dynamic. Collectively, these findings provide an example of how meta-analytic reviews are a powerful tool to inform management actions, with the end goal of maximizing conservation gains from research efforts. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As moscas tsé-tsé (Diptera: Glossinidae) abrigam uma microbiota taxonomicamente diversa que inclui bactérias adquiridas do ambiente, bactérias simbióticas transmitidas maternalmente e tripanossomas africanos patogênicos. Sodalis glossinidius, que é um simbionte facultativo que reside intra e extracelularmente em múltiplos tecidos da tsé-tsé, tem sido implicado como mediador do estabelecimento da infecção por tripanossomas no intestino da mosca. A população de Sodalis associada ao intestino da tsé-tsé é submetida a flutuações marcantes de temperatura cada vez que seu hospedeiro ectotérmico ingere sangue vertebrado. Os mecanismos moleculares que Sodalis emprega para lidar com esse estresse térmico são desconhecidos. Neste estudo, examinamos a tolerância térmica e a resposta ao choque térmico de Sodalis. Quando cultivada em placas de ágar BHI, a bactéria exibiu o crescimento mais prolífico a 25°C, e não cresceu em temperaturas acima de 30°C. O crescimento em placas de ágar BHI a 31°C foi dependente da adição de sangue ao ágar ou da redução nos níveis de oxigênio. Sodalis foi viável em culturas líquidas por 24 horas a 30°C, mas começou a morrer com exposição adicional. A taxa de morte aumentou com o aumento da temperatura. Similarmente, Sodalis foi capaz de sobreviver por 48 horas dentro de moscas tsé-tsé mantidas a 30°C, enquanto uma temperatura mais alta (37°C) foi letal. O genoma de Sodalis contém homólogos dos genes codificadores de proteínas chaperonas de choque térmico dnaK, dnaJ e grpE, e sua expressão foi regulada positivamente em Sodalis termicamente estressado, tanto in vitro quanto in vivo dentro dos intestinos médios de moscas tsé-tsé. O crescimento interrompido de mutantes de E. coli dnaK, dnaJ ou grpE sob estresse térmico foi revertido quando as células foram transformadas com um plasmídeo de baixa cópia que codificava os homólogos de Sodalis desses genes. A informação contida neste estudo fornece insights sobre como comensais entéricos de vetores artrópodes, muitos dos quais medeiam a capacidade de seus hospedeiros de transmitir patógenos, mitigam o choque térmico associado à ingestão de uma refeição sanguínea. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal stress responses of Sodalis glossinidius, an indigenous bacterial symbiont of hematophagous tsetse flies: Tsetse flies (Diptera: Glossinidae) house a taxonomically diverse microbiota that includes environmentally acquired bacteria, maternally transmitted symbiotic bacteria, and pathogenic African trypanosomes. Sodalis glossinidius, which is a facultative symbiont that resides intra and extracellularly within multiple tsetse tissues, has been implicated as a mediator of trypanosome infection establishment in the fly's gut. Tsetse's gut-associated population of Sodalis are subjected to marked temperature fluctuations each time their ectothermic fly host imbibes vertebrate blood. The molecular mechanisms that Sodalis employs to deal with this heat stress are unknown. In this study, we examined the thermal tolerance and heat shock response of Sodalis. When grown on BHI agar plates, the bacterium exhibited the most prolific growth at 25°C, and did not grow at temperatures above 30oC. Growth on BHI agar plates at 31°C was dependent on either the addition of blood to the agar or reduction in oxygen levels. Sodalis was viable in liquid cultures for 24 hours at 30°C, but began to die upon further exposure. The rate of death increased with increased temperature. Similarly, Sodalis was able to survive for 48 hours within tsetse flies housed at 30°C, while a higher temperature (37°C) was lethal. Sodalis'genome contains homologues of the heat shock chaperone protein-encoding genes dnaK, dnaJ, and grpE, and their expression was up-regulated in thermally stressed Sodalis, both in vitro and in vivo within tsetse fly midguts. Arrested growth of E. coli dnaK, dnaJ, or grpE mutants under thermal stress was reversed when the cells were transformed with a low copy plasmid that encoded the Sodalis homologues of these genes. The information contained in this study provides insight into how arthropod vector enteric commensals, many of which mediate their host's ability to transmit pathogens, mitigate heat shock associated with the ingestion of a blood meal. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ondas de calor estão aumentando em frequência e intensidade globalmente com consequências negativas para a função biológica. Avaliar o efeito do calor extremo sobre as espécies requer uma compreensão de sua capacidade adaptativa para mitigar danos fisiológicos. Onde a exposição de longo prazo ao calor extremo em populações naturais fornece pressão seletiva suficiente, as populações devem exibir sinais de termotolerância adaptativa a temperaturas extremas. Usando proteômica quantitativa, testamos esta ideia na espécie de árvore amplamente distribuída e comercialmente importante Eucalyptus grandis. Mudas de seis populações naturais de E. grandis abrangendo um gradiente de 2.000 km foram expostas a um tratamento de calor extremo de quatro dias (ciclo diurno-noturno de 42-24°C) em câmaras de crescimento experimentais. As populações diferiram em sua exposição de longo prazo a condições de calor extremo, definida tanto como o número de dias anualmente ≥15°C acima da temperatura média anual, quanto o número médio de dias anualmente com temperaturas máximas ≥35°C entre 1960 e 1990. A exposição de longo prazo a condições de calor extremo no campo previu a resposta em nível proteico de E. grandis a ondas de calor experimentais. As relações entre exposição de longo prazo ao calor extremo e aumentos proteicos foram positivas e lineares para todas as combinações de calor extremo (dias ≥15°C acima da TMA, dias médios com temperaturas máximas ≥35°C anualmente) e expressão (todas as proteínas diferencialmente expressas, proteínas de choque térmico isoladas, proteínas envolvidas em respostas moleculares ao estresse). Embora eventos climáticos extremos sejam tipicamente raros (por exemplo, 1 dia ≥15°C acima da TMA a cada 5 anos em algumas populações em nosso estudo), populações de E. grandis amostradas em uma faixa de 2.000 km exibiram uma capacidade clara de aumentar a expressão de proteínas envolvidas no estresse térmico em resposta à exposição simulada a ondas de calor. Presumivelmente, elas respondem de forma similar sob condições naturais de ondas de calor. Mostramos que uma espécie de vida longa com um amplo nicho ambiental exibe variação adaptativa na resposta proteica a temperaturas extremas no nível populacional. Isso implica que programas de restauração, translocação e silvicultura devem considerar a resposta molecular das populações fonte a extremos climáticos para maximizar o sucesso sob climas futuros. Populações de árvores com baixa exposição a condições de calor extremo podem ser limitadas em sua capacidade de responder a eventos de ondas de calor, potencialmente limitando sua capacidade adaptativa de suportar novas condições climáticas. Um resumo em linguagem simples está disponível para este artigo.

Evidence from the proteome for local adaptation to extreme heat in a widespread tree species: Heatwaves are increasing in frequency and intensity globally with negative consequences for biological function. Assessing the effect of extreme heat on species requires an understanding of their adaptive capacity for mitigating physiological damage. Where long-term exposure to extreme heat in natural populations provides sufficient selection pressure, populations should exhibit signals of adaptive thermotolerance to temperature extremes. Using quantitative proteomics, we tested this idea in the widespread and commercially important tree species Eucalyptus grandis (Flooded Gum). Seedlings from six natural populations of E. grandis spanning a 2,000 km gradient were exposed to a four-day extreme heat treatment (42–24°C day–night cycle) in experimental growth chambers. Populations differed in their long-term exposure to extreme heat conditions, defined both as the number of days annually ≥15°C above mean annual temperature (MAT), and average number of days annually with temperature maxima ≥35°C between 1960 and 1990. Long-term exposure to extreme heat conditions in the field predicted the protein-level response of E. grandis to experimental heatwaves. Relationships between long-term extreme heat exposure and protein increases were positive and linear for all combinations of extreme heat (days ≥15°C above MAT, mean days with temperature maxima ≥35°C annually) and expression (all differentially expressed proteins, isolated heat shock proteins, proteins involved in molecular stress responses). Although extreme climate events are typically rare (e.g., 1 day 15° ≥MAT per 5 years in some populations in our study), E. grandis populations sampled from across a 2,000 km range exhibit a clear capacity to increase expression of proteins involved in heat stress in response to simulated heatwave exposure. Presumably, they respond similarly under natural heatwave conditions. We show that a long-lived species with a broad environmental niche exhibits adaptive variation in protein response to temperature extremes at the population level. This implies that restoration, translocation and silvicultural programmes should consider the molecular response of source populations to climatic extremes to maximize success under future climates. Tree populations with low exposure to extreme heat conditions may be limited in their ability to respond to heatwave events, potentially limiting their adaptive capacity to withstand novel climate conditions. A plain language summary is available for this article. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Experimentos de estresse térmico são essenciais para compreender os limites térmicos dos organismos e os processos fisiológicos que contribuem para estabelecer esses limites. Os experimentos normalmente empregam uma transferência abrupta para temperaturas quase letais ou uma exposição térmica gradualmente crescente. No presente estudo, utilizamos três populações do copépode intertidal Tigriopus californicus, conhecidas por diferir na tolerância térmica superior, para investigar os efeitos de exposições térmicas graduais versus abruptas na sobrevivência, tempo de desenvolvimento e expressão de genes de proteínas de choque térmico. A taxa de desenvolvimento dos náuplios não foi afetada após a exposição gradual, enquanto o tempo de desenvolvimento desacelerou aproximadamente 2 dias (∼20%) após uma exposição abrupta. A exposição gradual também melhorou a sobrevivência em comparação com a exposição abrupta. Além disso, os genes das proteínas de choque térmico hsp70 e hspb1 apresentaram maior regulação positiva durante a exposição térmica gradual em comparação com a exposição abrupta. Embora as diferenças na resposta a cada regime térmico tenham variado em magnitude entre as diferentes populações, os tipos de respostas foram muito semelhantes (ou seja, após a exposição gradual a sobrevivência aumentou, o tempo de desenvolvimento não mostrou efeito e a regulação positiva dos genes de proteínas de choque térmico durante a exposição aumentou). Portanto, o efeito protetor aprimorado da resposta ao choque térmico durante exposições graduais parece ser conservado dentro da espécie, apesar das diferenças em nível populacional na tolerância térmica. Assim, uma exposição térmica ecologicamente relevante provavelmente permite mecanismos celulares de proteção melhorados ao possibilitar uma resposta eficaz e oportuna ao choque térmico, que desempenha um papel na mitigação dos efeitos do estresse térmico e, assim, aumenta a tolerância a temperaturas elevadas. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ecologically relevant temperature ramping rates enhance the protective heat shock response in an intertidal ectotherm: Thermal stress experiments are essential for understanding or-ganisms’ thermal limits and the physiological processes that contribute to establishing those limits. Experiments typically employ either an abrupt transfer to near-lethal temperatures or a gradually increasing thermal exposure. In the current study, we used three populations of the intertidal copepod Tigriopus californicus that are known to differ in upper thermal tolerance to investigate the effects of gradual versus abrupt thermal exposures on survivorship, developmental time, and heat shock protein gene expression. The developmental rate of nauplii was unaffected following the gradual exposure, whereas developmental time slowed by ∼2 d (∼20%) following an abrupt exposure. The gradual exposure also improved survivorship in comparison to the abrupt exposure. Furthermore, the heat shock protein genes hsp70 and hspb1 showed greater upregulation during the gradual thermal exposure compared to the abrupt exposure. Though the differences in response to each thermal regime varied in magnitude among the different populations, the types of responses were very similar (i.e., following the gradual exposure survivorship increased, developmental time showed no effect, and heat shock protein gene upregulation during the exposure increased). Therefore, the enhanced protective effect of the heat shock response during gradual exposures appears to be conserved within the species despite population-level differences in thermal tolerance. Thus, an ecologically relevant thermal exposure likely enables improved cellular protective mechanisms by allowing for an effective and timely heat shock response, which plays a role in mitigating the effects of thermal stress and thereby enhances tolerance to elevated temperatures. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A seleção genética para desempenho produtivo em altas temperaturas ambientais foi realizada em duas linhagens de frangos, Rhode Island Red e Sinai, por duas gerações, e as respostas hereditárias à tolerância foram estimadas usando a expressão do gene da proteína de choque térmico 90 (HSP90). Os resultados são resumidos da seguinte forma: (1) o estresse térmico afetou negativamente algumas características econômicas, principalmente o peso corporal. Este efeito foi mais pronunciado no plantel parental do que na primeira geração (F₁) e segunda geração (F₂). (2) Este efeito foi modulado pela linhagem de frango, e a diminuição do peso corporal foi mais pronunciada na linhagem RI do que na linhagem Sinai, indicando que a linhagem Sinai é mais tolerante à alta temperatura ambiente. (3) A prole (F₁ e F₂) de ambas as linhagens foi mais tolerante à alta temperatura ambiente; esta tendência também foi verdadeira para os pais dessas duas linhagens. (4) A expressão de mRNA da HSP90 foi a mesma em ambas as linhagens sob condições normais em todas as três gerações. (5) Sob condições de alta temperatura ambiente, a linhagem Sinai (todas as gerações) mostrou aumento significativo na expressão de mRNA da HSP90 em comparação com a linhagem Rhode Island Red. Esses achados sugerem que a tolerância ao calor é transmitida dos pais para a prole. Recomendamos que a seleção para tolerância ao estresse térmico seja aplicada na produção de linhagens comerciais criadas em condições de clima quente. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genetic selection for growth performance and thermal tolerance under high ambient temperature after two generations using heat shock protein 90 expression as an index: Genetic selection for productive performance in high ambient temperatures was performed on two chicken strains, Rhode Island Red and Sinai, for two generations, and the heritable responses to tolerance were estimated using heat shock protein 90 (HSP90) gene expression. The results are summarised as follows: (1) heat stress negatively affected some economic traits, mainly bodyweight. This effect was more pronounced in the parent stock than in the first generation (F <inf>1</inf> ) and second generation (F <inf>2</inf> ). (2) This effect was modulated by the chicken strain, and the decreased bodyweight was more pronounced in RI strain than in the Sinai strain, indicating that the Sinai strain is more tolerant to high ambient temperature. (3) The offspring (F <inf>1</inf> and F <inf>2</inf> ) of both strains were more tolerant to high ambient temperature; this trend was also true for the parents of these two strains. (4) HSP90 mRNA expression was the same in both strains under normal conditions in all three generations. (5) Under high ambient temperature conditions, the Sinai strain (all generations) showed significantly increased HSP90 mRNA expression compared with the Rhode Island Red strain. These findings suggest that heat tolerance is passed from parents to offspring. We recommended that selection for heat-stress tolerance be applied to producing commercial strains reared in hot climate conditions. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Frankliniella occidentalis (Pergande) é uma praga invasora que ameaça uma grande variedade de culturas hortícolas e agronômicas. HSP70 é o membro mais importante da família de proteínas de choque térmico (HSP) e desempenha um papel importante na tolerância térmica de insetos. Neste estudo, um novo gene codificante de HSP70 de F. occidentalis, Fohsp706, foi selecionado do transcriptoma de F. occidentalis exposto a estresse térmico (40 °C) e clonado por RT-PCR e RACE. Caracterização adicional indicou que Fohsp706 localiza-se no citoplasma e não contém íntrons. PCR quantitativo em tempo real de transcriptase reversa indicou que a expressão de Fohsp706 foi significativamente regulada positivamente pelo estresse térmico; além disso, houve diferenças significativas na expressão de Fohsp706 em adultos e ninfas de segundo instar após estresse térmico. Nossos resultados indicaram que Fohsp706 contribui para a termotolerância em F. occidentalis e fornece outro exemplo de como esta praga se adapta a condições ambientais desfavoráveis. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Cloning of a new HSP70 gene from western flowerthrips, Frankliniella occidentalis, and expression patterns during thermal stress: Frankliniella occidentalis (Pergande) is an invasive pest that endangers a wide variety of horticultural and agronomic crops. HSP70 is the most important member of the heat shock protein (HSP) family and plays an important role in insect thermal tolerance. In this study, a new gene encoding HSP70 from F. occidentalis, Fohsp706, was selected from the F. occidentalis transcriptome exposed to thermal stress (40 °C) and cloned by RT-PCR and RACE. Further characterization indicated that Fohsp706 localizes to the cytoplasm and does not contain introns. Quantitative real-time reverse transcriptase PCR indicated that Fohsp706 expression was significantly up-regulated by thermal stress; furthermore, there were significant differences in Fohsp706 expression in adults and second instar nymphs after heat stress. Our results indicated that Fohsp706 contributes to thermotolerance in F. occidentalis and provides another example of how this pest adapts to unfavorable environmental conditions. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em resposta a mudanças ambientais, os organismos dependem tanto da adaptação genética quanto da plasticidade fenotípica para ajustar características essenciais para a sobrevivência e reprodução. Dada a taxa acelerada de mudanças climáticas, a plasticidade pode ser particularmente importante. Para organismos em habitats aquáticos em aquecimento, a tolerância térmica superior provavelmente será uma característica fundamental, e muitos organismos expressam plasticidade nesta característica em resposta a temperaturas de desenvolvimento ou da fase adulta. Embora a plasticidade em um estágio de vida possa influenciar a plasticidade em outro estágio, relativamente pouco se sabe sobre essa possibilidade para a tolerância térmica. Aqui, usamos populações localmente adaptadas do copépode Tigriopus californicus para investigar esses efeitos potenciais em um ectotérmico entremarés. Descobrimos que populações de baixa latitude tinham máximos térmicos críticos (CT<inf>max</inf>) maiores do que populações de alta latitude, e a variação na temperatura de desenvolvimento alterou a plasticidade do CT<inf>max</inf> em adultos. Após o desenvolvimento a 25°C, o CT<inf>max</inf> foi plástico em adultos, enquanto nenhuma plasticidade nesta característica foi observada na fase adulta após o desenvolvimento a 20°C. Este padrão foi idêntico em quatro populações, sugerindo que a adaptação térmica local não moldou este efeito entre essas populações. Diferenças nas capacidades de manter taxas de síntese de ATP e de induzir proteínas de choque térmico em altas temperaturas, dois prováveis mecanismos de adaptação local nesta espécie, foram consistentes com mudanças no CT<inf>max</inf> devido à plasticidade fenotípica, o que sugere que provavelmente há sobreposição mecanística entre os efeitos da plasticidade e da adaptação. Juntos, estes resultados indicam que efeitos do desenvolvimento podem ter impactos substanciais na plasticidade da tolerância térmica superior em ectotérmicos adultos. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Variation in developmental temperature alters adulthood plasticity of thermal tolerance in Tigriopus californicus: In response to environmental change, organisms rely on both genetic adaptation and phenotypic plasticity to adjust key traits that are necessary for survival and reproduction. Given the accelerating rate of climate change, plasticity may be particularly important. For organisms in warming aquatic habitats, upper thermal tolerance is likely to be a key trait, and many organisms express plasticity in this trait in response to developmental or adulthood temperatures. Although plasticity at one life stage may influence plasticity at another life stage, relatively little is known about this possibility for thermal tolerance. Here, we used locally adapted populations of the copepod Tigriopus californicus to investigate these potential effects in an intertidal ectotherm. We found that low latitude populations had greater critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) than high latitude populations, and variation in developmental temperature altered CT<inf>max</inf> plasticity in adults. After development at 25°C, CT<inf>max</inf> was plastic in adults, whereas no adulthood plasticity in this trait was observed after development at 20°C. This pattern was identical across four populations, suggesting that local thermal adaptation has not shaped this effect among these populations. Differences in the capacities to maintain ATP synthesis rates and to induce heat shock proteins at high temperatures, two likely mechanisms of local adaptation in this species, were consistent with changes in CT<inf>max</inf> owing to phenotypic plasticity, which suggests that there is likely mechanistic overlap between the effects of plasticity and adaptation. Together, these results indicate that developmental effects may have substantial impacts on upper thermal tolerance plasticity in adult ectotherms. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estudo foi realizado para identificar Polimorfismos de Nucleotídeo Único (SNPs) e sua associação com características de termotolerância em 200 búfalos Murrah. O DNA genômico foi extraído de amostras de sangue congeladas/descongeladas coletadas em tubos vacutainer Beckton-Dickinson contendo 0,5% (10 µl/ml de sangue) de anticoagulante EDTA, usando o método de extração com fenol-clorofórmio. Posteriormente, as amostras foram processadas para verificar a qualidade do DNA em eletroforese em gel de agarose a 0,8%, enquanto sua quantificação foi feita usando o método de espectrofotômetro Biospec-nano. Os resultados de sequenciamento personalizado revelaram 7 SNPs nas posições A15732G localizado no íntron 4, C17061T no íntron 6, C17202T e A17226G no íntron 7, G17454A no íntron 8, C17605T no éxon 9 e T18421C no íntron 9 da sequência do gene HSF1. A análise de associação mostrou que a característica de tolerância térmica em búfalos Murrah foi significativamente afetada por três loci de SNP, a saber: A15732G, C17061T e T18421C. A associação entre os diferentes genótipos destes loci de SNP com a termotolerância foi analisada usando o procedimento de Modelo Linear Generalizado no Sistema de Análise Estatística. Animais com genótipo GG no locus A15732G, genótipo TT no locus T18421C e locus C17061T apresentaram menor taxa respiratória e menor HTC foi observado em animais pertencentes ao genótipo GG no locus A15732G. O desequilíbrio de ligação e a construção de haplótipos foram analisados usando o software SHEsis. Foram construídos 49 haplótipos, e destes sete haplótipos (>3 tamanho amostral) foram considerados para estudos de associação. Os indivíduos com a combinação de haplótipo Hap6 (ACCAGCC) apresentaram menor taxa respiratória (RR) do que outras combinações de haplótipos e estes indivíduos podem ter melhor adaptabilidade térmica em comparação com outros animais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Identification of genetic variants in HSF1 gene and their association with heat tolerance in Murrah buffaloes: The study was carried out to identify Single Nucleotide Polymorphism (SNPs) and their association with thermos-tolerance traits in 200 murrah Buffalos. Genomic DNA was extracted from frozen/thawed blood samples collected in Beckton-Dickinson vacutainer containing 0.5% (10 µl/ml of blood) anticoagulant EDTA, using phenol-chloroform extraction method. Further the samples were processed for checked quality of DNA on 0.8% agarose gel electrophoresis while its quantification was done using Biospec-nano spectrophotometer method. Custom sequencing results revealed 7 SNPs at the position of A15732G located in intron 4, C17061T in intron 6, C17202T and A17226G in intron 7, G17454A in intron 8, C17605T in exon 9 and T18421C in intron 9 of HSF1 gene sequence. Association analysis showed that the thermal tolerance trait in Murrah buffaloes was significantly affected by three SNP locus, viz. A15732G, C17061T and T18421C. The association among the different genotype of this SNP locus with thermo-tolerance was analyzed using Generalized Linear Model procedure in Statistical Analysis System. Animals of GG genotype at locus A15732 G, TT genotype at locus T18421C and C17061T locus showed lower respiration rate and least HTC was observed in animals belonging to GG genotype at locus A15732G. At linkage, disequilibrium and haplotype construction were analysed using SHEsis software. Haplotypes (49) were constructed, and out of these seven haplotypes (>3 sample size) were considered for association studies. The individuals with Hap6 (ACCAGCC) haplotype combination had lower respiration rate (RR) than other haplotype combinations and these individuals may have better thermal adaptability in comparison to others animals. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Escopo Aeróbico (EA), que reflete a capacidade funcional para aptidão biológica, é um indicador altamente relevante para determinar a tolerância térmica em vários táxons. Apesar da importância deste método, sua implementação é frequentemente dificultada pela falta de técnicas para medir com precisão as taxas metabólicas padrão (TMP) e máxima (TMM), especialmente em invertebrados marinhos lentos com baixas taxas de consumo de oxigênio, como os pepinos-do-mar. Neste estudo, o conceito de EA foi modificado para definir um Escopo Aeróbico Induzido por Temperatura (EAIT), baseado em mudanças na taxa metabólica devido a ajustes de temperatura, em vez dos padrões de atividade física tradicionalmente utilizados. Consequentemente, as taxas de pico e mínimo de consumo de O₂ dependentes da temperatura, definidas como Taxa Metabólica Máxima Induzida por Temperatura (TMMIT) e Taxa Metabólica Padrão Induzida por Temperatura (TMPIT), respectivamente, serviram como alternativas para TMM e TMP no pepino-do-mar Holothuria scabra. TMMIT e TMPIT foram induzidas através de mudança aguda de temperatura (2°C por hora; 17–41°C) até que temperaturas críticas quente (TCq) e fria (TCf) fossem atingidas, respectivamente. Além disso, a expressão do gene Hsp70 ligada às taxas respiratórias serviu como marcador sinérgico para confirmar temperaturas críticas limiares. O consumo de O₂ de H. scabra atingiu pico distinto na TCq de 38°C (TMMIT = 33,2 ± 4,7 μgO₂ g⁻¹ h⁻¹). Um claro limite metabólico mínimo foi alcançado na TCf de 22°C (TMPIT = 2,2 ± 1,4 μgO₂ g⁻¹ h⁻¹). Dentro da janela térmica de 22–38°C, H. scabra manteve capacidade aeróbica positiva, com faixa de desempenho ótimo presumida entre 29–31,5°C (13,85–18,7 μgO₂ g⁻¹ h⁻¹). Entre 39–41°C, H. scabra diminuiu progressivamente a respiração, enquanto os níveis de expressão do gene Hsp70 aumentaram significativamente a 41°C, indicando priorização da resposta ao choque térmico (RCT) e ruptura homeostática. No extremo frio (17–22°C), a ruptura homeostática foi visível através do aumento incremental das despesas energéticas para custear os custos de manutenção basal, mas não ocorreu superexpressão de Hsp70. TMMIT, TMPIT e EAIT provaram ser métricas confiáveis, semelhantes aos parâmetros energéticos-chave tradicionais TMM, TMP e EA, para determinar uma janela específica de desempenho aeróbico para a espécie lenta de fundo H. scabra. Além disso, a ligação entre a fisiologia respiratória e os mecanismos de defesa molecular mostrou sinergias analíticas valiosas em termos de priorização mecanicista como resposta ao estresse térmico. No geral, este estudo ajudará a definir temperaturas letais para a aquicultura e a prever os efeitos do estresse ambiental, como o aquecimento dos oceanos, em H. scabra. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temperature-induced aerobic scope and Hsp70 expression in the sea cucumber Holothuria scabra: The Aerobic Scope (AS), which reflects the functional capacity for biological fitness, is a highly relevant proxy to determine thermal tolerance in various taxa. Despite the importance of this method, its implementation is often hindered, due to lacking techniques to accurately measure standard- (SMR) and maximal- (MMR) metabolic rates, especially in sluggish marine invertebrates with low oxygen consumption rates, such as sea cucumbers. In this study the AS concept was modified to define a Temperature-induced Aerobic Scope (TAS), based on metabolic rate changes due to temperature adjustments rather than traditionally used physical activity patterns. Consequentially, temperature dependent peak and bottom O<inf>2</inf> consumption rates, defined as Temperature-induced Maximal- (TMMR) and Standard Metabolic Rates (TSMR), respectively, served as MMR and SMR alternatives for the sea cucumber Holothuria scabra. TMMR and TSMR were induced through acute temperature change (2C per hour; 17–41C) until critical warm (WT<inf>crit</inf>) and cold (CT<inf>crit</inf>) temperatures were reached, respectively. In addition, Hsp70 gene expression linked to respiration rates served as synergistic markers to confirm critical threshold temperatures. O<inf>2</inf> consumption of H. scabra peaked distinctly at WT<inf>crit</inf> of 38C (TMMR = 33.2 ± 4.7 μgO<inf>2</inf> g-1 h-1). A clear metabolic bottom line was reached at CT<inf>crit</inf> of 22C (TSMR = 2.2 ± 1.4 μgO<inf>2</inf> g-1 h-1). Within the thermal window of 22–38C H. scabra sustained positive aerobic capacity, with assumed optimal performance range between 29–31.5C (13.85–18.7 μgO<inf>2</inf> g-1 h-1). Between 39–41C H. scabra decreased respiration progressively, while gene expression levels of Hsp70 increased significantly at 41C, indicating prioritization of heat shock response (HSR) and homeostatic disruption. At the cold end (17–22C) homeostatic disruption was visible through incrementally increasing energetic expenses to fuel basal maintenance costs, but no Hsp70 overexpression occurred. TMMR, TSMR and TAS proved to be reliable metrics, similar to the traditional energetic key parameters MMR, SMR and AS, to determine a specific aerobic performance window for the sluggish bottom dwelling species H. scabra. In addition, the linkage between respiration physiology and molecular defense mechanisms showed valuable analytical synergies in terms of mechanistic prioritization as response to thermal stress. Overall, this study will help to define lethal temperatures for aquaculture and to predict the effects of environmental stress, such as ocean warming, in H. scabra. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A resposta fisiológica e aclimatação ao estresse térmico é uma estratégia fundamental dos insetos para lidar com as mudanças climáticas. O mecanismo subjacente da aclimatação ao calor em insetos ainda não está claro. Aqui, foram estudadas a seleção térmica e a resposta do nível de transcrição em larvas da enroladeira das folhas do arroz Cnaphalocrocis medinalis Güenée, uma praga grave do arroz no verão. A sobrevivência e fecundidade das larvas durante a seleção multigeracional a 39 °C foram examinadas, e a tolerância ao calor e a expressão de mRNA das proteínas de choque térmico 70 (Hsp70) e 90 (Hsp90) foram analisadas sob estresse térmico. Os resultados mostraram que a sobrevivência e fecundidade das larvas aumentaram notavelmente e depois mantiveram-se constantes após duas ou três gerações de seleção térmica. A seleção térmica melhorou a tolerância térmica das larvas. A expressão de mRNA da Hsp70 nas larvas de 3º instar aumentou em todas as cinco gerações de seleção térmica, mas a Hsp90 aumentou apenas nas duas primeiras gerações. A resposta da Hsp70 ao tratamento térmico a 39 °C nas larvas mantidas a 27 °C foi diferente das larvas expostas aos tratamentos de condicionamento térmico, mas a resposta da Hsp90 foi similar. Além disso, os níveis de expressão de mRNA da Hsp70 e Hsp90 foram significativamente maiores nas larvas aclimatadas ao calor do que nas não aclimatadas em uma duração comparável de exposição a 37 e 41 °C. A seleção em alta temperatura através de múltiplas gerações levou as larvas à aclimatação térmica, e Hsp70 e Hsp90 estiveram envolvidas neste processo de aclimatação. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Multigenerational heat acclimation increases thermal tolerance and expression levels of Hsp70 and Hsp90 in the rice leaf folder larvae: Physiological response and acclimation to thermal stress is a key strategy of insects to cope with changing climate. The underlying mechanism of heat acclimation in insects is still unclear. Here, the heat selection and transcript level response in the larvae of the rice leaf folder Cnaphalocrocis medinalis Güenée, a serious pest of rice in summer, were studied. The survival and fecundity of larvae during multigenerational heat selection at 39 °C were examined, and heat tolerance and mRNA expression of heat shock protein 70 (Hsp70) and 90 (Hsp90) were examined under heat stress. The results showed that survival and fecundity of larvae increased notably and then kept constant after two or three generations of heat selection. Heat selection improved thermal tolerance of larvae. The Hsp70 mRNA expression of the 3rd-instar larvae increased in all five generations of heat selection, but Hsp90 increased only in the first two generations. The response of Hsp70 to 39 °C heat treatment in the larvae kept at 27 °C was different from the larvae exposed to the conditioning heat treatments, but the response of Hsp 90 was similar. Moreover, the Hsp70 and Hsp90 mRNA expression levels were significantly higher in the heat-acclimated larvae than that in the unacclimated larvae at a comparable duration of exposure to 37 and 41 °C. Selection at a high temperature across multiple generations led larvae to heat acclimation, and Hsp70 and Hsp90 were involved in this acclimation process. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Informações sobre os limites térmicos e fisiologia de anfíbios ectotérmicos são cruciais para nossa compreensão de sua ecologia no ambiente natural, particularmente com as previstas mudanças globais no clima. Documentamos os limites térmicos de larvas de três espécies de anfíbios nativas de Hong Kong e seu predador introduzido e invasor, o barrigudinho (Gambusia affinis). Em seguida, utilizamos larvas da perereca-marrom Polypedates megacephalus como um anfíbio modelo para investigar adicionalmente o crescimento, taxa de consumo de oxigênio e expressão de proteínas de choque térmico com mudanças no regime térmico. Descobrimos que G. affinis foi o mais tolerante a baixas temperaturas, mas também o menos tolerante a altas temperaturas. Apesar da maior tolerância térmica das larvas de anfíbios, investigação adicional em P. megacephalus demonstrou que as temperaturas ótimas para o desempenho fisiológico estão dentro de uma faixa de 18,0–21,6 °C, que é muito inferior ao seu limite térmico superior, implicando que o estresse térmico ocorre durante parte do estágio larval sob condições ambientais naturais. Isso poderia significar uma redução em sua capacidade de lidar com outros estressores, como poluição e predadores, e que G. affinis pode ter uma vantagem sobre os anfíbios nativos. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Native amphibian larvae exhibit higher upper thermal limits but lower performance than their introduced predator Gambusia affinis: Information on the thermal limits and physiology of ectothermic amphibians is crucial to our understanding of their ecology in the natural environment, particularly with predicted global changes in climate. We documented the thermal limits of larvae of three amphibian species native to Hong Kong, and their introduced, invasive predator, the mosquitofish (Gambusia affinis). We then used larvae of the brown tree frog Polypedates megacephalus as a model amphibian to further investigate growth, oxygen consumption rate and heat shock protein expression with changes in thermal regime. We found that G. affinis was the most tolerant of low temperatures but also the least tolerant of high temperatures. Despite the higher thermal tolerance of the amphibian larvae, further investigation on P. megacephalus demonstrated that optimal temperatures for physiological performance fall within a range of 18.0–21.6 °C, which is far lower than its upper thermal limit, implying that thermal stress occurs during part of the larval stage under natural environmental conditions. This could mean a reduction in their capacity to deal with other stressors such as pollution and predators, and that G. affinis may have an advantage over native amphibians. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância ao calor aumenta em temperaturas de aclimatação mais altas em D. melanogaster, mas não em D. subobscura. As duas espécies representam linhagens separadas do subgênero Sophophora de Drosophila com histórias evolutivas contrastantes: tropical africana e paleártica temperada. D. melanogaster possui cinco cópias do gene hsp70 induzível distribuídas em dois clusters, denominados A (com duas cópias) e B (três cópias), enquanto D. subobscura possui apenas duas cópias organizadas de forma semelhante ao cluster A de D. melanogaster. Os hsp70s das duas espécies também diferem em suas regiões cis-regulatórias, com D. melanogaster exibindo características de um promotor mais rápido e produtivo. Previmos que a variação interespecífica na capacidade de aclimatação da tolerância ao calor é explicada pela variação evolutiva na expressão do principal grupo de proteínas de choque térmico. Para testar esta previsão, comparamos os níveis basais de expressão gênica em diferentes temperaturas de desenvolvimento dentro de cada uma das duas espécies. Além disso, exploramos a dinâmica do endurecimento térmico medindo a indução da expressão gênica durante um ensaio de rampa. A previsão de uma resposta mais forte de proteína de choque térmico em D. melanogaster em comparação com D. subobscura foi confirmada tanto para aclimatação de longo prazo quanto para endurecimento de curto prazo. Para D. melanogaster, a regulação positiva com rampa de temperatura variou de menos de duas vezes (hsp26) a 2500 vezes (hsp70A) de aumento. Em todos os casos, a indução em D. melanogaster excedeu a dos homólogos de D. subobscura. Estas diferenças correlacionam-se com diferenças estruturais nas regiões regulatórias de hsp70, e podem explicar diferenças na capacidade de aclimatação entre as espécies. Finalmente, em D. melanogaster encontramos uma indicação de uma relação inversa entre os níveis basais e induzidos de expressão de hsp70A e hsp83, sugerindo um papel divergente para a adaptação térmica destes genes em temperaturas benignas e estressantes, respectivamente. Declaração sumária. Drosophila melanogaster e D. subobscura diferem nos níveis de expressão de proteínas de choque térmico, provavelmente mediadas por diferenças evolutivas nas regiões promotoras. Isto corrobora as diferenças nas capacidades de aclimatação entre as duas espécies. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of thermal tolerance genes in two Drosophila species with different acclimation capacities: Heat tolerance increases at higher acclimation temperatures in D. melanogaster, but not in D. subobscura. The two species represent separate lineages of the subgenus Sophophora of Drosophila with contrasting tropical African and temperate Palearctic evolutionary histories. D. melanogaster has five copies of the inducible hsp70 gene distributed in two clusters, named A (with two copies) and B (three copies), while D. subobscura has only two copies arranged similarly to cluster A of D. melanogaster. The hsp70s of the two species also differ in their cis-regulatory regions, with D. melanogaster exhibiting features of a faster and more productive promoter. We predicted that the interspecific variation in acclimation capacity of heat tolerance is explained by evolved variation in expression of the major group of heat shock proteins. To test this prediction, we compared basal levels of gene expression at different developmental temperatures within each of the two species. Furthermore, we explored the heat hardening dynamics by measuring the induction of gene expression during a ramping assay. The prediction of a stronger heat shock protein response in D. melanogaster as compared to D. subobscura was confirmed for both long-term acclimation and short-term hardening. For D. melanogaster the upregulation with temperature ramping ranged from less than two fold (hsp26) to 2500 fold (hsp70A) increase. In all cases induction in D. melanogaster exceeded that of D. subobscura homologs. These differences correlate with structural differences in the regulatory regions of hsp70, and might explain differences in acclimation capacity among species. Finally, in D. melanogaster we found an indication of an inverse relationship between basal and induced levels of hsp70A and hsp83 expression, suggesting a divergent role for thermal adaptation of these genes at benign and stressful temperatures, respectively. Summary statement. Drosophila melanogaster and D. subobscura differ in heat shock protein expression levels, likely mediated by evolved differences in promoter regions. This corroborates differences in acclimation capacities between the two species. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: A ostra do Pacífico Crassostrea gigas é um importante recurso pesqueiro que é sensível a flutuações de temperatura. Assim, evoluiu um mecanismo de proteção contra estresse térmico aumentando a expressão do gene que codifica a proteína de choque térmico (HSP) 70 sob temperaturas elevadas. Em outros animais, a resposta ao choque térmico é uma resposta transcricional conduzida pelo fator de transcrição de choque térmico 1 (HSF1) e o estresse térmico pode desencadear a expressão de HSP70 para proteger o organismo via HSF1. No entanto, a relação regulatória entre HSF1 e HSP permanece pouco clara na ostra do Pacífico. Portanto, no presente estudo, examinamos a resposta transcriptômica ao estresse térmico após interferência de HSF1. Resultados: Identificamos 150 genes responsivos ao choque térmico, incluindo sete genes HSP, seis dos quais pertencentes ao grupo de 17 genes HSP enriquecidos em resposta ao choque térmico, de acordo com a análise de rede de co-expressão gênica ponderada (WGCNA). O outro gene foi enriquecido no módulo correlacionado com interferência de HSF1. Além disso, encontramos 48 e 47 genes que foram regulados positivamente e negativamente por HSF1 em resposta ao choque térmico, respectivamente. Nos genes regulados positivamente, identificamos uma HSP70 potencialmente regulada por HSF1 em resposta ao choque térmico. Adicionalmente, baseado em análises de genes diferencialmente expressos e WGCNA, descobrimos que a via de sinalização de hipóxia foi enriquecida sob condições de choque térmico. Cinco genes foram então selecionados para detectar mudanças dinâmicas ao longo do tempo. Os resultados sugeriram que a expressão gênica estava correlacionada com a expressão de HSF1. A regulação de HSP70 por HSF1 foi preliminarmente confirmada por predições de sítios de ligação e por um ensaio de dupla luciferase. Conclusões: Nossos resultados revelaram que a expressão de HSP70 e HSP20 foi inicialmente desencadeada após 2 h de choque térmico, e um dos genes HSP70 foi potencialmente regulado por HSF1. A partir desses resultados, é evidente que nem todos os genes induzíveis por calor foram desencadeados simultaneamente em resposta ao estresse de choque térmico. No geral, os resultados revelaram uma possível relação regulatória HSF1-HSP na ostra do Pacífico, fornecendo informações valiosas sobre os mecanismos de tolerância térmica nesta ostra comercialmente importante. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

RNAi based transcriptome suggests genes potentially regulated by HSF1 in the Pacific oyster Crassostrea gigas under thermal stress: Background: The Pacific oyster Crassostrea gigas is an important fishery resource that is sensitive to temperature fluctuations. Thus, it has evolved a protection mechanism against heat stress by increasing the expression of the gene coding for heat shock protein (HSP) 70 under elevated temperatures. In other animals, heat shock response is a transcriptional response driven by the heat shock transcription factor 1 (HSF1) and thermal stress can trigger HSP70 expression to protect the organism via HSF1. However, the regulatory relationship between HSF1 and HSP remains unclear in Pacific oyster. Therefore, in the present study, we examined the transcriptomic response of several to thermal stress following HSF1 interference. Results: We identified 150 genes responsive to heat shock including seven HSP genes, six of which belonging to the group of 17 HSP genes enriched in response to heat shock, according to weighted gene co-expression network analysis (WGCNA). The other gene was enriched in the module correlated with HSF1 interference. In addition, we found 48 and 47 genes that were upregulated and downregulated by HSF1 in response to heat shock, respectively. In the upregulated genes, we identified one HSP70 potentially regulated by HSF1 in response to heat shock. Furthermore, based on differentially expressed genes and WGCNA analyses, we found that the hypoxia signaling pathway was enriched under heat shock conditions. Five genes were then selected to detect dynamic changes through time. The results suggested that gene expression was correlated with HSF1 expression. The regulation of HSP70 by HSF1 was preliminarily confirmed by binding site predictions and by a dual luciferase assay. Conclusions: Our results revealed that the expression of HSP70 and HSP20 was initially triggered after 2 h of heat shock, and one of the HSP70 genes was potentially regulated by HSF1. From these results, it is evident that not all heat-inducible genes were triggered simultaneously in response to heat shock stress. Overall, the results revealed a possible HSF1-HSP regulatory relationship in Pacific oyster, providing valuable information on the mechanisms of thermal tolerance in this commercially important oyster. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Investigar os mecanismos fisiológicos de espécies intimamente relacionadas que exibem distribuições geográficas e nichos térmicos distintos é essencial para compreender suas capacidades de tolerância térmica e adaptações locais diante do aquecimento climático. Foram estudadas as variações nos limites térmicos superiores (LT₅₀) sob choque térmico agudo e atividade cardíaca, taxa metabólica padrão (TMP), produção de metabólitos anaeróbicos e respostas moleculares (expressão de chaperonas moleculares e genes do metabolismo da glicólise) sob temperaturas crescentes em duas subespécies de ostra. As populações das duas subespécies de ostra, Crassostrea gigas gigas e C. gigas angulata, exibem diferentes distribuições latitudinais ao longo das costas norte e sul da China, respectivamente, que experimentam diferentes condições ambientais. O LT₅₀ foi significativamente maior, em ∼1°C, nas ostras do sul em comparação com as do norte. Em ambas as subespécies, os aumentos de temperatura tiveram efeitos poderosos na frequência cardíaca, TMP e expressão gênica. As ostras do sul apresentaram as temperaturas mais altas do ponto de ruptura de Arrhenius para frequência cardíaca (31,4 ± 0,17°C) e TMP (33,09°C), enquanto a frequência cardíaca (28,86 ± 0,3°C) e TMP (29,22°C) das ostras do norte foram menores. Os mesmos padrões foram observados para os coeficientes Q₁₀. Maior sensibilidade térmica foi observada nas ostras do norte do que em suas contrapartes do sul, uma vez que as proteínas de choque térmico (HSPs) nas ostras do norte foram expressas primeiro e tiveram uma indução maior em uma temperatura mais baixa do que as das ostras do sul. Além disso, foram observados diferentes padrões de expressão de genes do metabolismo energético (HK, PK e PEPCK). Nas ostras do norte, foram encontrados genes crescentes de glicólise anaeróbica (PEPCK) e produtos finais (succinato) a 36–43°C, indicando uma transição do metabolismo aeróbico para anaeróbico e um escopo aeróbico menor em comparação com as ostras do sul. Estas duas subespécies experimentam diferentes condições ambientais, e seus desempenhos fisiológicos sugeriram janelas de tolerância térmica específicas da espécie, nas quais as ostras do sul, com flexibilidade fisiológica moderada, tiveram uma capacidade potencial maior de suportar estresse térmico. No geral, nossos resultados indicam que comparar e unificar mecanismos fisiológicos e moleculares pode fornecer uma estrutura para compreender os prováveis efeitos do aquecimento global sobre ectotérmicos marinhos em regiões entremarés. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermotolerance Divergence Revealed by the Physiological and Molecular Responses in Two Oyster Subspecies of Crassostrea gigas in China: Investigating the physiological mechanisms of closely related species that exhibit distinct geographic distributions and thermal niches is essential for understanding their thermal tolerance capacities and local adaptations in view of climate warming. The variations in upper thermal limits (LT<inf>50</inf>) under acute heat shock and cardiac activity, standard metabolic rate (SMR), anaerobic metabolite production and molecular responses (expression of molecular chaperones and glycolysis metabolism genes) under increasing temperatures in two oyster subspecies were studied. The populations of two oyster subspecies, Crassostrea gigas gigas and C. gigas angulata, exhibit different latitudinal distributions along the northern and southern coastlines of China, respectively, which experience different environmental conditions. The LT<inf>50</inf> was significantly higher, by ∼1°C, in the southern than in the northern oysters. In both subspecies, temperature increases had powerful effects on heart rate, SMR and gene expression. The southern oysters had the highest Arrhenius breakpoint temperatures for heart rate (31.4 ± 0.17°C) and SMR (33.09°C), whereas the heart rate (28.86 ± 0.3°C) and SMR (29.22°C) of the northern oysters were lower. The same patterns were observed for the Q<inf>10</inf> coefficients. More thermal sensitivity was observed in the northern oysters than in their southern counterparts, as the heat-shock proteins (HSPs) in the northern oysters were expressed first and had a higher induction at a lower temperature than those of southern oysters. Furthermore, different expression patterns of energetic metabolism genes (HK, PK, and PEPCK) were observed. In the northern oysters, increasing anaerobic glycolysis genes (PEPCK) and end products (succinate) were found at 36–43°C, indicating a transition from aerobic to anaerobic metabolism and a lower aerobic scope compared with the southern oysters. These two subspecies experience different environmental conditions, and their physiological performances suggested species-specific thermal tolerance windows in which the southern oysters, with mild physiological flexibility, had a higher potential capability to withstand heat stress. Overall, our results indicate that comparing and unifying physiological and molecular mechanisms can provide a framework for understanding the likely effects of global warming on marine ectotherms in intertidal regions. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Para fazer projeções robustas dos impactos das mudanças climáticas, é fundamental entender como os fatores abióticos podem interagir para restringir a distribuição e a produtividade da flora e fauna marinhas. Avaliamos os efeitos da acidificação oceânica (AO) e do aquecimento oceânico (AOc) projetados para o final do século na tolerância térmica de um importante recurso marinho vivo, o ouriço-do-mar Loxechinus albus, um herbívoro costeiro bentônico de águas rasas que habita parte da costa do Pacífico da América do Sul. Após expor juvenis jovens por um período de 1 mês a níveis contrastantes de pCO₂ (~500 e 1400 μatm) e temperatura (~15 °C e 20 °C), o máximo térmico crítico (CTmax) e o mínimo térmico crítico (CTmin), bem como os polígonos de tolerância térmica, foram avaliados com base no sucesso de autodirecionamento como ponto final. A transcrição da proteína de choque térmico 70 (HSP70), uma chaperona que protege as proteínas celulares do estresse ambiental, também foi medida. A exposição ao pCO₂ elevado reduziu significativamente a tolerância térmica ao aumentar o CTmin em ambas as temperaturas experimentais e diminuir o CTmax a 20 °C. Houve também um forte efeito sinérgico de AO × AOc nos níveis de transcrição de HSP70, que foram 75 vezes maiores do que nas condições de controle. Se esta espécie for incapaz de se adaptar ao pCO₂ elevado no futuro, a redução na tolerância térmica e na resposta de HSP sugere que o aquecimento e a acidificação oceânica num futuro próximo prejudicarão seu desempenho e reduzirão sua distribuição, com consequências ecológicas e econômicas. Dada a ampla faixa latitudinal (6 a 56°S) e a tolerância ambiental de L. albus em comparação com outros membros da comunidade de invertebrados bentônicos desta região, o aquecimento e a acidificação oceânica podem causar mudanças substanciais na fauna costeira ao longo desta faixa geográfica. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Ocean warming and acidification pose synergistic limits to the thermal niche of an economically important echinoderm: To make robust projectios of the impacts of climate change, it is critical to understand how abiotic factors may interact to constrain the distribution and productivity of marine flora and fauna. We evaluated the effects of projected end of the century ocean acidification (OA) and warming (OW) on the thermal tolerance of an important living marine resource, the sea urchin Loxechinus albus, a benthic shallow water coastal herbivore inhabiting part of the Pacific coast of South America. After exposing young juveniles for a 1-month period to contrasting pCO<inf>2</inf> (~500 and 1400 μatm) and temperature (~15 °C and 20 °C) levels, critical thermal maximum (CTmax) and minimum (CTmin) as well as thermal tolerance polygons were assessed based on self-righting success as an end point. Transcription of heat shock protein 70 (HSP70), a chaperone protecting cellular proteins from environmental stress, was also measured. Exposure to elevated pCO<inf>2</inf> significantly reduced thermal tolerance by increasing CTmin at both experimental temperatures and decreasing CTmax at 20 °C. There was also a strong synergistic effect of OA × OW on HSP70 transcription levels which were 75 times higher than in control conditions. If this species is unable to adapt to elevated pCO<inf>2</inf> in the future, the reduction in thermal tolerance and HSP response suggests that near-future warming and OA will disrupt their performance and reduce their distribution with ecological and economic consequences. Given the wider latitudinal range (6 to 56°S) and environmental tolerance of L. albus compared to other members of this region's benthic invertebrate community, OW and OA may cause substantial changes to the coastal fauna along this geographical range. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Gerbilos da Mongólia (Meriones unguiculatus) apresentam uma ampla zona termoneutra (ZTN, 26,5–38,9 °C). Se as proteínas de choque térmico (HSPs) estão envolvidas na tolerância térmica dos gerbilos ainda era desconhecido. Investigamos os efeitos de temperaturas altas agudas e crônicas dentro e acima da ZTN sobre as expressões de HSP70 e HSP90 e o status oxidativo em gerbilos da Mongólia, para testar a hipótese de que os gerbilos precisam aumentar a expressão de HSPs para se defender do estresse térmico agudo e crônico. No experimento I, 50 gerbilos da Mongólia foram expostos a 23 °C, 27 °C, 37 °C, 40 °C e 43,5 °C por 80 min respectivamente, e então sacrificados 12 h após o tratamento. A expressão de HSP70 no fígado aumentou a 40 °C comparada com a 23 °C, mas não mudou após exposição a 27 °C, 37 °C ou 43,5 °C. Não houve diferenças na expressão de HSP90, parâmetros de estresse oxidativo como malonaldeído (MDA) e peróxido de hidrogênio (H₂O₂), ou parâmetros antioxidantes como superóxido dismutase (SOD) e capacidade antioxidante total (T-AOC) no fígado. A expressão de HSP70 e HSP90 tanto no coração quanto no cérebro não mostrou diferenças entre os grupos. No experimento II, outro conjunto de 30 gerbilos foi aclimatado a 23 °C, 27 °C e 37 °C por 21 dias, respectivamente. Durante a aclimatação crônica, a expressão de HSP70 aumentou e o nível de H₂O₂ diminuiu no fígado no grupo de 37 °C comparado com os outros dois grupos. Tanto H₂O₂ quanto SOD no cérebro diminuíram no grupo de 37 °C, mas não houve diferenças em HSP70, MDA ou T-AOC no cérebro. Esses dados indicam que os gerbilos da Mongólia podem manter níveis basais de HSPs após exposição aguda a temperaturas dentro da ampla ZTN, mas dependem do aumento de HSP70 no fígado para se proteger de danos térmicos em temperaturas acima da ZTN e durante a aclimatação crônica ao calor. O aumento da expressão de HSP70 no fígado pode contribuir para a proteção contra danos térmicos em roedores do deserto. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

HSP70 plays a role in the defense of acute and chronic heat stress in Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus): Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus) show a wide thermal neutral zone (TNZ, 26.5–38.9 °C). Whether heat shock proteins (HSPs) are involved in thermal tolerance for gerbils has still been unknown. We investigated the effects of acute and chronic high temperature within and above TNZ on the expressions of HSP70 and HSP90 and oxidative status in Mongolian gerbils, to test the hypothesis that the gerbils need increase the expression in HSPs to defense the acute and chronic heat stress. In experiment I, 50 Mongolian gerbils were exposed to 23 °C, 27 °C, 37 °C, 40 °C and 43.5 °C for 80 min respectively, and then sacrificed 12 h after treatment. HSP70 expression in the liver increased at 40 °C compared to that at 23 °C, but did not change after 27 °C, 37 °C or 43.5 °C exposure. There were no differences in HSP90 expression, oxidative stress parameters such as malonaldehyde (MDA) and hydrogen peroxide (H<inf>2</inf>O<inf>2</inf>), or antioxidant parameters such as superoxide dismutase (SOD) and total antioxidant capacity (T-AOC) in the liver. HSP70 and HSP90 expression both in the heart and brain showed no differences among groups. In experiment II, another set of 30 gerbils were acclimated to 23 °C, 27 °C and 37 °C for 21 days, respectively. During chronic acclimation, HSP70 expression increased and H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> level decreased in the liver in 37 °C group compared to other two groups. Both H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> and SOD in the brain decreased in 37 °C group, but there were no differences in HSP70, MDA or T-AOC in the brain. These data indicate that Mongolian gerbils can maintain basal levels of HSPs after acute exposure to temperatures within the wide TNZ, but rely on increased HSP70 in the liver to protect from heat damage at temperatures above TNZ and during chronic heat acclimation. The increased HSP70 expression in the liver may contribute to keeping from heat damage in desert rodents. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

A avaliação da tolerância térmica das espécies requer a identificação de suas estratégias térmicas e a avaliação de sua capacidade de lidar com flutuações de temperatura. A mobilização da resposta molecular ao estresse térmico (HSR), que é um indicador da tolerância térmica, faria parte da estratégia de espécies que colonizam ambientes térmicos altamente variáveis. Investigamos aqui múltiplos parâmetros do HSR no camarão de fontes hidrotermais de águas profundas Rimicaris exoculata que coloniza tais ambientes. Os pontos de ajuste da indução do HSR, comparados aos da espécie costeira Palaemonetes varians, refletem claramente uma alta termotolerância nesta espécie, enquanto o HSR comprovadamente é raramente mobilizado nas populações naturais de R. exoculata. Finalmente, a compilação de múltiplos parâmetros, como o limite térmico superior e vários limiares do HSR, bem como observações do comportamento térmico, nos permite fornecer uma imagem mais precisa da combinação e complementaridade de estratégias que podem explicar a tolerância térmica geral da espécie. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing a species thermal tolerance through a multiparameter approach: the case study of the deep-sea hydrothermal vent shrimp Rimicaris exoculata: Assessing species thermal tolerance requires identification of their thermal strategies and evaluation of their ability to cope with temperature fluctuations. The mobilization of the molecular heat stress response (HSR), which is a proxy for the thermal tolerance, would be part of the strategy of species colonizing highly variable thermal environments. We here investigate multiple parameters of the HSR in the deep-sea vent shrimp Rimicaris exoculata that colonizes such environments. The set points of the HSR induction, compared to those of the coastal species Palaemonetes varians, clearly reflect a high thermotolerance in this species, while the HSR is proved to be rarely mobilized in the R. exoculata natural populations. Finally, the compilation of multiple parameters such as the upper thermal limit and several thresholds of the HSR, as well as thermal behavior observations, allows us to provide a more accurate picture of the combination and complementarity of strategies that can account for the overall thermal tolerance of the species. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

As Proteínas de Choque Térmico (HSPs) são uma superfamília de chaperonas moleculares que mantêm a homeostase celular sob estresse. A HSP70 representa o principal membro da família induzível por estresse, frequentemente ativada em resposta a mudanças nas faixas térmicas dos organismos, desempenhando assim um papel importante no aumento dos limites de tolerância térmica em animais ectotérmicos. O presente estudo teve como objetivo investigar a presença e a localização da HSP70 durante o desenvolvimento de Podarcis siculus, um lagarto ovíparo que habita regiões temperadas mediterrâneas, mostrando um potencial limitado para tolerar mudanças térmicas durante a embriogênese. A análise imuno-histoquímica demonstrou que a proteína HSP70 está constitutivamente presente nos estágios embrionários iniciais, abundantemente distribuída no olho, em domínios encefálicos (predominantemente em áreas ventriculares e na substância cinzenta), na substância cinzenta da medula espinhal, no pulmão, mucosa intestinal, cordões hepáticos e túbulos renais. Curiosamente, uma queda severa na temperatura de incubação (5 °C por 3 dias) não induz aumentos nos níveis de HSP70 nem mudanças na localização nos tecidos. Estes resultados sugerem que a HSP70 encontrada em embriões de P. siculus representa uma chaperona molecular constitutiva não induzível que deveria ser melhor chamada de Heat Shock Cognate 70 (HSC70); a presença de membros da família HSP induzidos por estresse em P. siculus ainda precisa ser comprovada. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

HSP70 localization in Podarcis siculus embryos under natural thermal regime and following a non-lethal cold shock: The Heat Shock Proteins (HSPs) are a superfamily of molecular chaperones that maintain cellular homeostasis under stress. HSP70 represents the major stress-inducible family member, often activated in response to changes in thermal ranges of organisms, and therefore playing an important role enhancing thermal tolerance limits in ectothermic animals. The present study aimed to investigate the presence and the localization of HSP70 through the development of Podarcis siculus, an oviparous lizard inhabiting temperate Mediterranean regions, showing a limited potential to tolerate thermal changes during embryogenesis. Immunohistochemical analysis demonstrated that HSP70 protein is constitutively present in early embryonic stages, abundantly distributed in eye, in encephalic domains (predominantly in ventricular areas and in grey matter), in grey matter of spinal cord, in lung, gut mucosa, hepatic cords and kidney tubules. Interestingly, a severe drop in incubation temperature (5 °C for 3 days) does not induce enhancements in HSP70 levels nor changes in tissues localization. These results suggest that the HSP70 found in P. siculus embryos represents a non-inducible, constitutive molecular chaperone that should be better called Heat Shock Cognate 70 (HSC70); the presence of stress-induced members of the HSP family in P. siculus has yet to be proven. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é uma das variáveis mais importantes que influenciam os organismos aquáticos. Este estudo teve como objetivo testar diferenças fisiológicas e moleculares na tolerância térmica de dois Marsupenaeus japonicus morfologicamente similares. O parâmetro fisiológico foi o limite térmico superior, testado através da temperatura crítica máxima, e o parâmetro molecular foi a expressão relativa de RNA mensageiro das proteínas de choque térmico (HSP40, HSP60, HSP70 e HSP90), quantificada via reação em cadeia da polimerase em tempo real. O consumo de oxigênio dos camarões foi medido com um respirometro. M. japonicus variedade II apresentou maior temperatura crítica máxima e taxa de sobrevivência e menor taxa de consumo de oxigênio que a variedade I, sugerindo que possuía maior tolerância térmica e plasticidade aclimatória. M. japonicus variedade I apresentou produção significativamente maior de HSP70 e HSP90, sugerindo que estes camarões podem ter experimentado mais danos térmicos. Ao comparar as diferenças na resposta ao estresse entre dois M. japonicus morfologicamente similares, este estudo fornece informações úteis para a aquicultura de M. japonicus. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological and molecular differences in the thermal tolerance of two varieties of kuruma prawn Marsupenaeus japonicus: critical thermal maximum and heat shock protein 70: Temperature is one of the most important variables that influence aquatic organisms. This study aimed to test physiological and molecular differences in the thermal tolerance of two morphologically similar Marsupenaeus japonicus. The physiological parameter was the upper thermal limit, tested via the critical thermal maximum, and the molecular parameter was the relative messenger RNA expression of heat shock proteins (HSP40, HSP60, HSP70 and HSP90), quantified via real-time polymerase chain reaction. Oxygen consumption of shrimp was measured with a respirometer. M. japonicus variety II showed a higher critical thermal maxima and survival rate and lower oxygen consumption rate than variety I, suggesting that it had higher thermal tolerance and acclimatory plasticity. M. japonicus variety I showed significantly higher production of HSP70 and HSP90, suggesting that these shrimp may have experienced more thermal damage. By comparing the differences in the stress response between two morphologically similar M. japonicus, this study provides useful information for the aquaculture of M. japonicus. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Juvenis de sável-americano (Alosa sapidissima) experimentam uma ampla faixa de temperaturas nos rios antes de migrarem para o oceano. As temperaturas nesses ambientes de água doce podem variar consideravelmente espacialmente, sazonalmente, ano a ano, e podem ser impactadas por fatores antropogênicos como descargas de usinas de energia ou mudanças climáticas. Atualmente, há incerteza sobre a tolerância térmica de juvenis de sável-americano devido à falta de um estudo bem controlado. Aqui, relatamos resultados de experimentos laboratoriais para estabelecer a tolerância térmica superior e a resposta de proteínas de choque térmico de juvenis de sável-americano expostos a temperaturas gradualmente crescentes. A tolerância térmica superior foi determinada como 35 °C (mediana; intervalo = 34–36 °C) quando os peixes foram aclimatados a 25 °C e as temperaturas foram elevadas 1 °C dia−1. A resposta de proteína de choque térmico foi indicada por mudanças na abundância de mRNA branquial da proteína de choque térmico induzível 90 alfa (hsp90α), que foi significativamente elevada (aumento de mais de 5 vezes) a 30 °C, e mais alta em peixes que haviam atingido seu máximo térmico superior entre 34 e 36 °C. Nossos achados indicam uma tolerância térmica superior maior do que a previamente relatada para juvenis de sável-americano, e uma temperatura de início de indução de hsp90α a 30 °C, uma temperatura que juvenis de sável-americano comumente experimentam durante os meses de verão. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Upper Thermal Tolerance and Heat Shock Protein Response of Juvenile American Shad (Alosa sapidissima): Juvenile American shad (Alosa sapidissima) experience a wide range of temperatures in rivers before migrating to the ocean. Temperatures in these freshwater environments can vary greatly spatially, seasonally, year-to-year, and can be impacted by anthropogenic factors such as power plant discharge or climate change. Currently, there is uncertainty concerning juvenile American shad thermal tolerance due to a lack of a well-controlled study. Here, we report results of laboratory experiments to establish the upper thermal tolerance and heat shock protein response of juvenile American shad exposed to gradually increasing temperatures. Upper thermal tolerance was determined to be 35 °C (median; range = 34–36 °C) when fish were acclimated to 25 °C and temperatures were raised 1 °C day−1. Heat shock protein response was indicated by changes in branchial mRNA abundance of the inducible heat shock protein 90 alpha (hsp90α), which was significantly elevated (more than 5-fold increase) at 30 °C, and highest in fish that had reached their upper thermal maximum between 34 and 36 °C. Our findings indicate a higher upper thermal tolerance than previously reported for juvenile American shad, and an onset temperature of hsp90α induction at 30 °C, a temperature juvenile American shad commonly experience during summer months. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Poucos dados estão disponíveis sobre a tolerância térmica de larvas de tilápia do Nilo em relação ao seu status imunológico e sobrevivência. Os objetivos deste trabalho foram avaliar o status imunológico do estágio larval de tilápia do Nilo (Oreochromis niloticus) com um dia de idade, coletadas no início (março), meio (agosto) e no final (outubro) da temporada de eclosão, através de avaliação morfométrica dos parâmetros das larvas, incluindo diâmetro do saco vitelínico, comprimento e largura do corpo, bem como a expressão de alguns genes relacionados à imunidade (rag, sacs e tlr), inflamatórios (il1b e il8) e genes relacionados ao estresse (hsp27, hsp70). Também, comparar o efeito de três diferentes imunoestimulantes (β-glucano, Vitamina C e mistura de aminoácidos metionina/lisina) na expressão dos genes estudados em duas temperaturas variantes (23 ± 1 °C e 30 ± 1 °C) em estudo experimental por 21 dias. O status imunológico da tilápia do Nilo é afetado pela flutuação térmica ao longo da temporada de eclosão, refletido pelo tamanho alterado do saco vitelínico, comprimento e expressão dos genes imunológicos e de estresse das larvas, sendo os melhores desempenhos observados no início da temporada de eclosão (março). A alta temperatura (30 °C) suprime as respostas imunológicas e de estresse através da regulação negativa de todos os genes em estudo, mascara quaisquer efeitos dos imunoestimulantes, aumentou a mortalidade nas larvas de peixe, sugerindo uma faixa de tolerância térmica estreita para as larvas em comparação com os peixes adultos. Recomendamos o uso da mistura de aminoácidos como imunoestimulante para larvas de tilápia do Nilo, pois reduz a porcentagem de mortalidade e melhora a resposta celular. Além disso, o uso de β-glucano deve ser proibido durante este estágio de desenvolvimento das larvas, pois induziu a maior porcentagem de mortalidade. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The impacts of seasonal variation on the immune status of Nile tilapia larvae and their response to different immunostimulants feed additives: Few data are available on the thermal tolerance of Nile tilapia fish larvae in relation to their immune status and survival. The aims of this work were to evaluate the immune status of one day old Nile tilapia (Oreochromis niloticus) larval stage collected at the beginning (March), middle (August) and at the end (October) of hatching season through morphometric assessment of the larvae parameters including yolk sac diameter, body length and width as well as the expression of some immune-related genes (rag, sacs and tlr), inflammatory (il1b and il8) and stress related genes (hsp27, hsp70). Also, to compare the effect of three different immunostimulants (β-glucan, Vitamin C, and methionine/lysine amino acids mix) on the expression of the studied genes at two variant temperatures (23 ± 1 °C and 30 ± 1 °C) in experimental study for 21 days. The immune status of Nile tilapia is affected by thermal fluctuation throughout the hatching season reflected by altered yolk sac size, length, and expression of the immune and stress related genes of the larvae, the best performances was observed at the beginning of the hatching season (March). High temperature (30 °C) suppress immune and stress responses throughout downregulation of all the genes under study, mask any effects for the immunostimulants, increased mortality in fish larvae suggesting narrow thermal tolerance range for the larvae compared with the adult fish. We recommend the use of amino acid mix as immunostimulant for Nile tilapia larvae, it reduces the mortality percentage and improve cellular response. Also, the use of β-glucan should be prohibited during this developmental stage of larvae, it induced the highest mortality percentage. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A resposta ao choque térmico (HSR) é um mecanismo universal em todos os organismos após choque térmico (HS) para prevenir danos por estresse. Está sob rigorosa regulação por fatores de choque térmico (HSFs) e proteínas de choque térmico (HSPs). Na atenuação da HSR, a Proteína de Ligação ao Fator de Choque Térmico 1 (HSBP1) interage com HSF1, convertendo assim a forma trímera ativa de HSF1 para o estado monômero inerte. Portanto, desempenha um papel importante na regulação dos genes de choque térmico. O presente estudo teve como objetivo explorar o polimorfismo de nucleotídeo único (SNP) em HSBP1 e sua associação com as características de termotolerância (taxa respiratória, temperatura retal e coeficiente de tolerância ao calor) para identificação dos búfalos Murrah mais adaptados termicamente. Duzentas fêmeas de búfalos Murrah foram genotipadas usando sequenciamento personalizado para identificar SNP. Apenas um novo SNP no éxon 3 na posição g.1892C>T e duas variações nucleotídicas g.1327C>G e g.1202C>T foram identificados através de varredura direta de sequência de DNA. Genótipos homozigotos do tipo selvagem (CC) foram encontrados em maior frequência (0,84, n=168) do que genótipos mutantes homozigotos recessivos (0,10, n=20) e heterozigotos (0,06, n=12) no locus SNP g.1892C>T. A associação entre os diferentes genótipos deste locus SNP com a termotolerância foi analisada usando o procedimento Modelo Linear Generalizado no Sistema de Análise Estatística. No entanto, nenhuma diferença significativa foi detectada entre os genótipos em termos de características de termotolerância no estudo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Novel SNP identified in HSBP1 gene and its association with thermal tolerance traits in Murrah buffalo: Heat shock response (HSR) is a universal mechanism in all organisms upon heat shock (HS) to prevent stress damages. It is under tight regulation by heat shock factors (HSFs) and heat shock proteins (HSPs). On the attenuation of HSR, Heat Shock Factor Binding Protein1 (HSBP1) interacts with HSF1 and thus converting the active trimer form of HSF1 to inert monomer state. Thus, play an important role in regulating heat shock genes. The present study aimed to explore single nucleotide polymorphism (SNP) in HSBP1 and their association with the thermo tolerance traits (respiration rate, rectal temperature and heat tolerance coefficient) for identification of most thermal adapted Murrah buffaloes. Two hundred female Murrah buffaloes were genotyped using custom sequencing to identify SNP. Only one novel SNPs in exon 3 at position g.1892C>T and two nucleotide variation g.1327C>G and g.1202C>T were identified through direct DNA sequence scanning. Homozygous wild type genotypes (CC) were found in higher frequency (0.84, n=168) than homozygous recessive (0.10, n=20) and heterozygous (0.06, n=12) mutant genotypes at SNP locus g.1892C>T. The association among the different genotype of this SNP locus with thermo tolerance was analyzed using Generalized Linear Model procedure in Statistical Analysis System. However, no significant difference was detected among the genotypes in terms of thermo tolerance traits in the study. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ondas de calor estão ameaçando peixes ao redor do mundo, levando por vezes a eventos de mortalidade em massa. Uma função crucial dos peixes que falha em temperaturas elevadas é a capacidade de entrega de oxigênio, ou seja, a função cardiovascular. Para salmonídeos anádromos, o aumento de temperatura pode ser especialmente prejudicial durante a migração ascendente, uma vez que necessitam de um sistema de entrega de oxigênio eficiente para atravessar as corredeiras do rio e alcançar as áreas montantes. A migração também ocorre durante o verão e início do outono, expondo os salmonídeos a temperaturas máximas da água, e em rios rasos há pouca disponibilidade de refúgios térmicos em comparação com habitats costeiros e lacustres termicamente estratificados. Para elucidar os mecanismos que sustentam a capacidade dos peixes migradores de enfrentar altas temperaturas ambientais, aplicamos uma abordagem fisiológica e molecular medindo as capacidades cardiovasculares de trutas árticas (Salvelinus alpinus) e trutas mariscas (Salmo trutta) migradoras e residentes no norte da Noruega. A capacidade cardiovascular máxima dos peixes migradores foi significativamente menor em comparação com os coespecíficos residentes. O início do comprometimento cardíaco começou apenas 2°C acima da temperatura do rio, significando que mesmo um pequeno aumento na temperatura da água pode já comprometer a função cardíaca. Os peixes migradores também estavam sob estresse celular significativo, expressando nível aumentado de proteínas de choque térmico cardíacas. Consideramos essas descobertas altamente valiosas ao abordar o efeito das mudanças climáticas em peixes migradores e incentivamos a tomada de ação nas políticas de conservação de habitats fluviais. As diferenças significativas na tolerância térmica superior de peixes residentes e migradores também poderiam levar a mudanças na dinâmica populacional, que devem ser levadas em conta em planos de conservação futuros. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Compromised thermal tolerance of cardiovascular capacity in upstream migrating Arctic char and brown trout - Are hot summers threatening migrating salmonids?: Heat waves are threatening fish around the world, leading sometimes to mass mortality events. One crucial function of fish failing in high temperatures is oxygen delivery capacity, i.e. cardiovascular function. For anadromous salmonids, increased temperature could be especially detrimental during upstream migration since they need efficiently working oxygen delivery system in order to cross the river rapids to reach upstream areas. The migration also occurs during summer and early autumn exposing salmonids to peak water temperatures, and in shallow rivers there is little availability for thermal refuges as compared to thermally stratified coastal and lake habitats. In order to shed light on the mechanisms underpinning the capacity of migrating fish to face high environmental temperatures, we applied a physiological and molecular approach measuring cardiovascular capacities of migrating and resident Arctic char (Salvelinus alpinus) and brown trout (Salmo trutta) in Northern Norway. The maximum cardiovascular capacity of migrating fish was significantly lower compared to the resident conspecifics. The onset of cardiac impairment started only 2°C higher than river temperature, meaning that even a small increase in water temperature may already compromise cardiac function. The migrating fish were also under significant cellular stress, expressing increased level of cardiac heat shock proteins. We consider these findings highly valuable when addressing climate change effect on migrating fish and encourage taking action in riverine habitat conservation policies. The significant differences in upper thermal tolerance of resident and migrating fish could also lead changes in population dynamics, which should be taken into account in future conservation plans. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator crítico para a abundância e distribuição de populações de insetos. Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) é uma preocupação significativa por ser o vetor transmissor do nematoide do pinheiro, causando enormes perdas econômicas e ambientais. Esta praga mostra tolerância ao estresse térmico, especialmente a temperaturas extremamente altas. Expostos por 6, 12, 24, 48 ou 96 h, as temperaturas letais medianas 50% (Ltem₅₀) para larvas de quarto ínstar foram 47,5, 45,5, 43,9, 43,4 e 42,3°C, respectivamente. Um total de 63.360 unigenes foi obtido de bibliotecas de DNA complementar de larvas de quarto ínstar de M. alternatus (mantidas a 25°C e expostas a 40°C por 3 h) e anotado com seis bancos de dados. Quinhentos e sessenta e um genes foram significativamente regulados positivamente, e 245 genes foram regulados negativamente após o estresse térmico. A análise de enriquecimento da Ontologia Gênica mostrou que a maioria dos genes de expressão diferencial está categorizada nos termos "dobramento de proteínas" e "ligação a proteínas desdobradas". Além disso, "Via de regulação da longevidade - múltiplas espécies", "Processamento e apresentação de antígenos" bem como "Via de sinalização MAPK" foram vias do Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes significativamente enriquecidas. Análise adicional dos genes de expressão diferencial mostrou que os processos metabólicos foram suprimidos, enquanto o sistema proteolítico da ubiquitina, proteínas de choque térmico, resposta imune, superóxido dismutase, citocromos P450 e aldeído desidrogenase foram induzidos após o choque térmico. As vias de transdução de sinal de estresse como MAPK, Hippo e JAK-STAT podem ser pontos centrais de convergência no mecanismo de tolerância térmica de M. alternatus. Os níveis de expressão de PCR quantitativo em tempo real de 13 genes selecionados aleatoriamente foram consistentes com os resultados do transcriptoma. Estes resultados mostraram que M. alternatus possui forte tolerância térmica e genes relacionados à atividade proteica, resposta imune e transdução de sinal compondo um mecanismo complexo de tolerância térmica de M. alternatus. Esta pesquisa forneceu novos insights sobre os mecanismos de tolerância térmica em outros insetos e auxiliou na exploração da função de genes relacionados à resistência ao calor. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative Transcriptome Analysis of the Heat Stress Response in Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae): Temperature is a critical factor of insect population abundance and distribution. Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) is a significant concern since it is transmitted vector of the pinewood nematode posing enormous economic and environmental losses. This pest shows tolerance to heat stress, especially extremely high temperatures. Exposing for 6, 12, 24, 48, or 96 h, the 50% median lethal temperatures (Ltem<inf>50</inf>) for fourth-instar larvae were 47.5, 45.5, 43.9, 43.4, and 42.3°C, respectively. A total of 63,360 unigenes were obtained from complementary DNA libraries of M. alternatus fourth-instar larvae (kept at 25°C and exposed to 40°C for 3 h) and annotated with six databases. Five hundred sixty-one genes were significantly upregulated, and 245 genes were downregulated after heat stress. The Gene Ontology enrichment analysis showed that most different expression genes are categorized into “protein folding” and “unfold protein binding” terms. In addition, “Longevity regulating pathway-multiple species,” “Antigen processing and presentation” as well as “MAPK signaling pathway” were significantly enriched Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathways. Further analysis of different expression genes showed that metabolism processes were suppressed, while ubiquitin proteolytic system, heat shock proteins, immune response, superoxide dismutase, cytochrome P450s, and aldehyde dehydrogenase were induced after heat shock. The stress signaling transduction pathways such as MAPK, Hippo, and JAK-STAT might be central convergence points in M. alternatus heat tolerance mechanism. The expression levels from quantitative real-time PCR of 13 randomly selected genes were consistent with the transcriptome results. These results showed that M. alternatus possessed strong heat tolerance and genes related to protein activity, immune response, and signal transduction composed of a complicated heat tolerance mechanism of M. alternatus. This research provided new insights into the mechanisms of thermal tolerance in other insects and aided in exploring the function of heat resistance-related genes. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Virtualmente todos os organismos respondem ao choque térmico pela transcrição de genes que codificam proteínas de choque térmico (HSPs), mas os mecanismos por trás da regulação pós-transcricional não são conhecidos em detalhes. Quando expusemos zebrafish a 5 e 7 °C acima da temperatura normal de criação por 30 min, a expressão de mRNA de hsp70 foi 28 e 150 vezes maior que no controle, respectivamente. A expressão proteica, por outro lado, não mostrou alteração significativa na exposição de +5 °C e um aumento de 2 vezes na exposição de +7 °C. Isso sugere que a transcrição do gene hsp70 não corresponde imediatamente à tradução em proteínas relacionadas sob certas temperaturas de estresse, mas, quando a temperatura é mais alta e potencialmente prejudicial, a transcrição e a tradução estão intimamente acopladas. Esses resultados confirmam que a temperatura é um importante fator abiótico envolvido nos mecanismos de regulação pós-transcricional do choque térmico em peixes. No entanto, mais estudos são necessários para determinar a relação entre este fator ambiental e os mecanismos de regulação pós-transcricional. Anteriormente, o acoplamento/desacoplamento da transcrição e tradução de hsp só foi estudado usando peixes de água fria ou embriões de zebrafish. Com os achados atuais, sugerimos que este mecanismo pode estar presente mesmo em peixes adultos de água quente como o zebrafish. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Hsp70s transcription-translation relationship depends on the heat shock temperature in zebrafish: Virtually all organisms respond to heat shock by transcription of genes encoding for heat shock proteins (HSPs), but the mechanisms behind post-transcriptional regulation are not known in detail. When we exposed zebrafish to 5 and 7 °C above normal rearing temperature for 30 min, hsp70 mRNA expression was 28 and 150 -fold higher than in control, respectively. Protein expression, on the other hand, showed no significant change at the +5 °C and a 2-fold increase at the +7 °C exposure. This suggests that the transcription of hsp70 gene does not immediately correspond to translation to related proteins under certain stress temperatures, but, when the temperature is higher, and potentially detrimental, transcription and translation are intimately coupled. Those results confirm that temperature is an important abiotic factor involved in heat shock post-transcriptional regulation mechanisms in fish. However, further studies are needed to determine the relationship between this environmental factor and post-transcriptional regulation mechanisms. Earlier, the coupling/uncoupling of hsp transcription and translation has only been studied using cold-water fish, or zebrafish embryos. With current findings, we suggest this mechanism might be present even in adult warm water fish like the zebrafish. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Com o contínuo aumento das temperaturas globais, melhorar a tolerância térmica na população idosa é crucial para combater os prejuízos associados à idade na função termorregulatória. Comprometimentos na vasodilatação cutânea reflexa e na resposta de sudorese podem aumentar a vulnerabilidade de idosos a lesões relacionadas ao calor após exposição ao estresse térmico. Os mecanismos subjacentes a uma vasodilatação cutânea comprometida sugerem incluir redução do impulso neural simpático, diminuição da contribuição do cotransmissor colinérgico e alterações nos eventos de sinalização de segundo mensageiro. Por outro lado, os prejuízos na resposta de sudorese são atribuídos à redução da sensibilidade colinérgica das glândulas sudoríparas e alterações na sinalização da ciclooxigenase e do óxido nítrico. Várias estratégias práticas de mitigação, como exercício, aquecimento passivo e adaptações comportamentais, são propostas como meios para superar o estresse térmico e melhorar a tolerância térmica em idosos. O treinamento com exercícios aeróbicos mostra-se entre as formas mais eficazes de melhorar a função termorregulatória. No entanto, em idosos com capacidade de exercício limitada devido a doenças crônicas e problemas de mobilidade, o aquecimento passivo pode servir como uma alternativa funcional, pois demonstrou conferir benefícios semelhantes aos do treinamento com exercícios. Complementar ao treinamento com exercícios e ao aquecimento passivo, adaptações comportamentais podem ser aplicadas para melhorar ainda mais a preparação para o calor em idosos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermoregulation in the Aging Population and Practical Strategies to Overcome a Warmer Tomorrow: As global temperatures continue to rise, improving thermal tolerance in the aged population is crucial to counteract age-associated impairments in thermoregulatory function. Impairments in reflex cutaneous vasodilation and sweating response can augment the vulnerability of older adults to heat-related injuries following exposure to heat stress. Mechanisms underlying a compromised cutaneous vasodilation are suggested to include reduced sympathetic neural drive, diminished cholinergic co-transmitter contribution, and altered second messenger signaling events. On the other hand, impairments in sweating response are ascribed to reduced sweat gland cholinergic sensitivity and altered cyclooxygenase and nitric oxide signaling. Several practical mitigation strategies such as exercise, passive heating, and behavioral adaptations are proposed as means to overcome heat stress and improve thermal tolerance in the aged. Aerobic exercise training is shown to be amongst the most effective ways to enhance thermoregulatory function. However, in elderly with limited exercise capability due to chronic diseases and mobility issues, passive heating can serve as a functional alternative as it has been shown to confer similar benefits to that of exercise training. Supplementary to exercise training and passive heating, behavioral adaptations can be applied to further enhance the heat-preparedness of the aged. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica de um organismo limita seus alcances ecológicos e geográficos e é potencialmente afetada pela dependência de parceiros simbióticos sensíveis à temperatura. Espécies de pulgões variam amplamente em sensibilidade ao calor, mas quase todos os pulgões são dependentes da bactéria intracelular Buchnera, que fornece nutrientes, a qual evoluiu com pulgões por 100 milhões de anos e que possui um genoma reduzido potencialmente limitando a tolerância ao calor. Investigamos se a sensibilidade ao calor da Buchnera está na base da variação na tolerância térmica entre 5 espécies de pulgões. Medimos como a exposição ao calor de pulgões juvenis afeta a sobrevivência posterior, tempo de maturação e fecundidade. Num extremo, a exposição ao calor de Aphis gossypii aumentou a fecundidade e não teve efeito no título de Buchnera. Em contraste, o calor suprimiu as populações de Buchnera em Aphis fabae, que sofreu mortalidade elevada, desenvolvimento atrasado e fecundidade reduzida. Da mesma forma, em Acyrthosiphon kondoi e Acyrthosiphon pisum, o calor causou declínios rápidos nos números de Buchnera, bem como reduziu a sobrevivência, taxa de desenvolvimento e fecundidade. A fecundidade após exposição ao calor é severamente diminuída por uma mutação da Buchnera que suprime a resposta transcricional de um gene que codifica uma pequena proteína de choque térmico. Similarmente, a ausência deste gene de choque térmico da Buchnera pode explicar a sensibilidade ao calor de Ap. fabae. Hibridização in situ fluorescente revelou deformação e encolhimento induzidos pelo calor de bacteriócitos em espécies sensíveis ao calor, mas não em espécies tolerantes ao calor. Espécies sensíveis e tolerantes também diferiram em números e respostas transcricionais de genes de choque térmico. Estes resultados mostram que mudanças na sensibilidade ao calor da Buchnera contribuem para a variação na tolerância ao calor do hospedeiro. © 2019 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Obligate bacterial endosymbionts limit thermal tolerance of insect host species: The thermal tolerance of an organism limits its ecological and geographic ranges and is potentially affected by dependence on temperature-sensitive symbiotic partners. Aphid species vary widely in heat sensitivity, but almost all aphids are dependent on the nutrient-provisioning intracellular bacterium Buchnera, which has evolved with aphids for 100 million years and which has a reduced genome potentially limiting heat tolerance. We addressed whether heat sensitivity of Buchnera underlies variation in thermal tolerance among 5 aphid species. We measured how heat exposure of juvenile aphids affects later survival, maturation time, and fecundity. At one extreme, heat exposure of Aphis gossypii enhanced fecundity and had no effect on the Buchnera titer. In contrast, heat suppressed Buchnera populations in Aphis fabae, which suffered elevated mortality, delayed development and reduced fecundity. Likewise, in Acyrthosiphon kondoi and Acyrthosiphon pisum, heat caused rapid declines in Buchnera numbers, as well as reduced survivorship, development rate, and fecundity. Fecundity following heat exposure is severely decreased by a Buchnera mutation that suppresses the transcriptional response of a gene encoding a small heat shock protein. Similarly, absence of this Buchnera heat shock gene may explain the heat sensitivity of Ap. fabae. Fluorescent in situ hybridization revealed heat-induced deformation and shrinkage of bacteriocytes in heat-sensitive species but not in heat-tolerant species. Sensitive and tolerant species also differed in numbers and transcriptional responses of heat shock genes. These results show that shifts in Buchnera heat sensitivity contribute to host variation in heat tolerance. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.

Embora a existência de uma resposta celular ao choque térmico seja quase universal, sua relação com a tolerância térmica do organismo não é completamente compreendida. Muitos dos genes envolvidos são conhecidos por serem regulados pelo fator de transcrição de choque térmico-1 (HSF-1) altamente conservado, porém a rede regulatória não está totalmente caracterizada. Aqui, investigamos o papel do HSF-1 na expressão gênica após estresse térmico usando a redução de HSF-1 por interferência de RNA no copépode intertidal Tigriopus californicus. Observamos algumas evidências de diminuição da transcrição de genes de proteínas de choque térmico após a redução, apoiando o papel amplamente reconhecido do HSF-1 na resposta ao choque térmico. No entanto, a maioria dos genes diferencialmente expressos entre os grupos controle e com redução de HSF-1 foram regulados positivamente, sugerindo que o HSF-1 normalmente funciona para reprimir sua expressão. A expressão diferencial observada em genes relacionados à formação de quitina e cutícula apoia descobertas anteriores de que esses processos são altamente regulados após o estresse térmico. Realizamos uma varredura genômica e identificamos um conjunto de 396 genes associados a elementos canônicos de choque térmico. Os dados de RNA-seq não encontraram que esses genes estivessem mais representados em nosso tratamento de redução de HSF-1, indicando que os requisitos para ligação e interação do HSF-1 com um determinado gene não são simplesmente previstos pela presença de sítios de ligação do HSF-1. Estudos adicionais das vias implicadas por esses resultados e futuras comparações entre populações de T. californicus podem nos ajudar a entender o papel e a importância do HSF-1 na resposta ao choque térmico e, mais amplamente, na tolerância térmica do organismo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Consequences of HSF knockdown on gene expression during the heat shock response in Tigriopus californicus: Although the existence of a cellular heat shock response is nearly universal, its relationship to organismal thermal tolerance is not completely understood. Many of the genes involved are known to be regulated by the highly conserved heat shock transcription factor-1 (HSF-1), yet the regulatory network is not fully characterized. Here, we investigated the role of HSF-1 in gene expression following thermal stress using knockdown of HSF-1 by RNA interference in the intertidal copepod Tigriopus californicus. We observed some evidence for decreased transcription of heat shock protein genes following knockdown, supporting the widely acknowledged role of HSF-1 in the heat shock response. However, the majority of differentially expressed genes between the control and HSF-1 knockdown groups were upregulated, suggesting that HSF-1 normally functions to repress their expression. Differential expression observed in genes related to chitin and cuticle formation lends support to previous findings that these processes are highly regulated following heat stress. We performed a genome scan and identified a set of 396 genes associated with canonical heat shock elements. RNA-seq data did not find those genes to be more highly represented in our HSF-1 knockdown treatment, indicating that requirements for binding and interaction of HSF-1 with a given gene are not simply predicted by the presence of HSF-1 binding sites. Further study of the pathways implicated by these results and future comparisons among populations of T. californicus may help us understand the role and importance of HSF-1 in the heat shock response and, more broadly, in organismal thermal tolerance. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os tubarões Squalus acanthias e Mustelus canis no noroeste do Atlântico realizam migrações sazonais impulsionadas por mudanças na temperatura da água. No entanto, os habitats térmicos reconhecidos dessas populações regionais são pouco descritos. Aqui, relatamos a faixa térmica, frequência de captura com temperatura de fundo e frequência de captura com época do ano para ambas as espécies de tubarão na Baía de Narragansett, Rhode Island. Adicionalmente, descrevemos os níveis de dois indicadores de resposta ao estresse térmico, proteína de choque térmico 70 e óxido de trimetilamina N, com um aumento experimental na temperatura da água de 15°C para 21°C. Nossos resultados mostram que S. acanthias pode ser encontrado nesta região durante todo o ano e coocorre com M. canis de junho a novembro. Além disso, S. acanthias adulto habita rotineiramente águas mais frias que M. canis (maiores frequências de captura em temperaturas de fundo de 10°C e 21°C, respectivamente), mas ambos exibem faixas térmicas superiores semelhantes nesta região (temperaturas de fundo de 22-23°C). Adicionalmente, a exposição aguda a um aumento de 6°C na temperatura da água por 72 horas leva a um aumento de quase três vezes nos níveis de proteína de choque térmico 70 em S. acanthias, mas não em M. canis. Portanto, essas espécies apresentam diferenças em sua tolerância térmica e resposta ao estresse com exposição experimental a 21°C, uma temperatura comum no verão na Baía de Narragansett. Além disso, em S. acanthias sob estresse térmico não há acúmulo de óxido de trimetilamina N. No nível do organismo inteiro, a capacidade regulatória de óxido de trimetilamina N dos elasmobrânquios pode ser limitada por outros fatores. Alternativamente, os elasmobrânquios podem não depender do óxido de trimetilamina N como mecanismo de proteção térmica primário nas condições testadas. Os achados deste estudo contrastam com pesquisas anteriores realizadas com células de elasmobrânquios in vitro que mostraram acúmulo de óxido de trimetilamina N após estresse térmico e subsequente supressão da resposta da proteína de choque térmico 70. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal range and physiological tolerance mechanisms in two shark species from the northwest Atlantic: Spiny dogfish (Squalus acanthias) and smoothhound (Mustelus canis) sharks in the northwestAtlantic undergo seasonal migrations driven by changes in water temperature. However, the recognized thermal habitats of these regional populations are poorly described. Here, we report the thermal range, catch frequency with bottom temperature, and catch frequency with time of year for both shark species in Narragansett Bay, Rhode Island. Additionally, we describe levels of two thermal stress response indicators, heat-shock protein 70 and trimethylamine N-oxide, with an experimental increase in water temperature from 15 7C to 21 7C. Our results show that S. acanthias can be found in this region year-round and co-occurs with M. canis from June to November. Further, adult S. acanthias routinely inhabits colder waters than M. canis (highest catch frequencies at bottom temperatures of 10 7C and 21 7C, respectively), but both exhibit similar upper thermal ranges in this region (bottom temperatures of 22-23 7C). Additionally, acute exposure to a 6 7C increase in water temperature for 72 hours leads to a nearly threefold increase in heat-shock protein 70 levels in S. acanthias but not M. canis. Therefore, these species display differences in their thermal tolerance and stress response with experimental exposure to 21 7C, a common summer temperature in Narragansett Bay. Further, in temperature-stressed S. acanthias there is no accumulation of trimethylamine N-oxide. At the whole-organism level, elasmobranchs’ trimethylamine N-oxide regulatory capacity may be limited by other factors. Alternatively, elasmobranchs may not rely on trimethylamine N-oxide as a primary thermal protective mechanism under the conditions tested. Findings from this study are in contrast with previous research conducted with elasmobranch cells in vitro that showed accumulation of trimethylamine N-oxide after thermal stress and subsequent suppression of the heat-shock protein 70 response. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O krill antártico, Euphausia superba, é uma espécie endêmica do Oceano Austral de comprovada importância ecológica para a região. No contexto do previsto aquecimento global, é particularmente importante entender como os biomarcadores clássicos de estresse térmico funcionam nesta espécie. A este respeito, as Hsp70s são reconhecidas como boas candidatas. No entanto, estudos anteriores de cinética de expressão não conseguiram demonstrar regulação positiva significativa desses genes em resposta a choques térmicos a 3 °C e 6 °C por 3 e 6 h. O presente trabalho complementa esses resultados anteriores e amplia as perspectivas para o uso de Hsp70s como um marcador relevante de choque térmico nesta espécie de krill. Novos experimentos demonstram que a indução de isoformas de Hsp70 não foi detectada durante a exposição ao choque térmico, mas aumento da expressão foi observado após várias horas de recuperação. Para completar a análise da cinética de expressão das diferentes isoformas, experimentos foram realizados em escalas de tempo curtas (1 e 2 h a 3 °C e 6 °C) bem como em temperaturas mais altas (9 °C, 12 °C e 15 °C por 3 h), sem qualquer resposta significativa. Um monitoramento de 6 semanas de animais a 3 °C mostrou que o fator tempo é decisivo no estabelecimento da resposta. Experimentos de CTmax com tempos incrementais de 1 °C por dia ou 1 °C a cada 3 dias mostraram uma resiliência particularmente alta dos animais. A demonstração da abundância de Hsp70s presentes antes do estresse térmico em várias espécies de krill, bem como em espécimes de E. superba de várias origens, mostrou que o atraso na resposta de expressão poderia estar relacionado aos altos níveis constitutivos de Hsp70 disponíveis antes dos experimentos de estresse. A rotulagem alternativa das duas principais isoformas de Hsp70 de acordo com a origem dos animais permitiu levantar hipóteses sobre o funcionamento da termorregulação no krill antártico, bem como no krill do gelo. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Antarctic krill (Euphausia superba) in a warming ocean: thermotolerance and deciphering Hsp70 responses: The Antarctic krill, Euphausia superba, is a Southern Ocean endemic species of proven ecological importance to the region. In the context of predicted global warming, it is particularly important to understand how classic biomarkers of heat stress function in this species. In this respect, Hsp70s are acknowledged as good candidates. However, previous studies of expression kinetics have not been able to demonstrate significant upregulation of these genes in response to heat shocks at 3 °C and 6 °C for 3 and 6 h. The current work complements these previous results and broadens the prospects for the use of Hsp70s as a relevant marker of thermal shock in this krill species. New experiments demonstrate that induction of Hsp70 isoforms was not detected during exposure to heat shock, but increased expression was observed after several hours of recovery. To complete the analysis of the expression kinetics of the different isoforms, experiments were carried out over short time scales (1 and 2 h at 3 °C and 6 °C) as well as at higher temperatures (9 °C, 12 °C, and 15 °C for 3 h), without any significant response. A 6-week monitoring of animals at 3 °C showed that the time factor is decisive in the establishment of the response. CT<inf>max</inf> experiments with incremental times of 1 °C per day or 1 °C every 3 days have shown a particularly high resilience of the animals. The demonstration of the abundance of Hsp70s present before thermal stress in various species of krill, as well as in specimens of E. superba of various origins, showed that the delay in the response in expression could be related to the high constitutive levels of Hsp70 available before the stress experiments. The alternative labelling of the two main isoforms of Hsp70 according to the origin of the animals allowed hypotheses to be put forward on the functioning of thermoregulation in Antarctic krill as well as ice krill. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pequenos aumentos na temperatura do oceano podem perturbar a simbiose obrigatória entre corais e microalgas dinoflageladas, resultando no branqueamento dos corais. Pouco se sabe sobre os genes que conduzem a resposta fisiológica e de branqueamento dos simbiontes algais à temperatura elevada. Além disso, muitos estudos até agora compararam linhagens altamente divergentes, tornando desafiador atribuir genes específicos a características contrastantes. Aqui, comparamos as respostas transcricionais em temperaturas ambiente (27°C) e relevantes para o branqueamento (31°C) em uma linhagem monoclonal selvagem (WT) de Symbiodiniaceae com as de uma linhagem selecionada (SS), derivada da mesma cultura monoclonal e evoluída experimentalmente para temperatura elevada ao longo de 80 gerações (2,5 anos). Milhares de genes foram diferencialmente expressos com uma variação logarítmica >8 entre a WT e a SS durante um período de tratamento térmico de 35 dias. A 31°C, as células WT exibiram uma resposta transcriptômica temporalmente instável, regulando positivamente genes envolvidos na resposta universal ao estresse, como chaperonamento molecular, reparo de proteínas, degradação de proteínas e reparo de DNA. Comparativamente, as células SS exibiram uma resposta transcriptômica temporalmente estável e regularam negativamente muitos genes de resposta ao estresse que foram regulados positivamente pela WT. Entre os genes mais altamente regulados positivamente na SS a 31°C estavam fatores de transcrição algal e um gene provavelmente de origem bacteriana que codifica uma proteína do sistema de secreção tipo II, sugerindo que interações com bactérias podem contribuir para a maior tolerância térmica da SS. Genes e vias funcionais que conferem tolerância térmica na SS poderiam ser alvo em futuros experimentos de engenharia genética projetados para desenvolver simbiontes algais termorresistentes para uso em restauração e conservação de corais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Gene regulation underpinning increased thermal tolerance in a laboratory-evolved coral photosymbiont: Small increases in ocean temperature can disrupt the obligate symbiosis between corals and dinoflagellate microalgae, resulting in coral bleaching. Little is known about the genes that drive the physiological and bleaching response of algal symbionts to elevated temperature. Moreover, many studies to-date have compared highly divergent strains, making it challenging to accredit specific genes to contrasting traits. Here, we compare transcriptional responses at ambient (27°C) and bleaching-relevant (31°C) temperatures in a monoclonal, wild-type (WT) strain of Symbiodiniaceae to those of a selected-strain (SS), derived from the same monoclonal culture and experimentally evolved to elevated temperature over 80 generations (2.5 years). Thousands of genes were differentially expressed at a log fold-change of >8 between the WT and SS over a 35 days temperature treatment period. At 31°C, WT cells exhibited a temporally unstable transcriptomic response upregulating genes involved in the universal stress response such as molecular chaperoning, protein repair, protein degradation and DNA repair. Comparatively, SS cells exhibited a temporally stable transcriptomic response and downregulated many stress response genes that were upregulated by the WT. Among the most highly upregulated genes in the SS at 31°C were algal transcription factors and a gene probably of bacterial origin that encodes a type II secretion system protein, suggesting interactions with bacteria may contribute to the increased thermal tolerance of the SS. Genes and functional pathways conferring thermal tolerance in the SS could be targeted in future genetic engineering experiments designed to develop thermally resilient algal symbionts for use in coral restoration and conservation. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em fungos, as peptidases desempenham um papel crucial na adaptabilidade. Atualmente, os papéis das peptidases na tolerância à ultravioleta (UV) e térmica ainda não são claros. Neste estudo, uma cisteína dipeptidase da família C69 do fungo entomopatogênico Metarhizium acridum, MaPepDA, foi expressa em Escherichia coli. A enzima purificada tinha uma massa molecular de 56-kDa e exibiu alta atividade ao substrato dipeptídico com atividade hidrolítica ótima de Ala-Gln em aproximadamente pH 6,0 e 55°C. Foi demonstrado que MaPepDA é uma dipeptidase intracelular localizada no citosol e que é expressa durante todo o crescimento fúngico. A interrupção do gene MaPepDA aumentou a germinação de conídios, a taxa de crescimento e melhorou significativamente a tolerância ao estresse por UV-B e calor em M. acridum. No entanto, a virulência e a produção de conídios foram amplamente inalteradas no mutante ΔMaPepDA. Dados de expressão gênica digital revelaram que o mutante ΔMaPepDA tinha uma maior tolerância ao UV-B e ao choque térmico em comparação com o tipo selvagem, regulando a transcrição de conjuntos de genes envolvidos no componente da superfície celular, crescimento celular, reparo de DNA, metabolismo de aminoácidos, metabolismo de açúcares e algumas vias de sinalização importantes de estímulo. Nossos resultados sugeriram que a interrupção do MaPepDA poderia potencialmente melhorar o desempenho de pesticidas fúngicos na aplicação de campo sem efeito adverso na virulência e conidiação. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Disruption of a C69-Family Cysteine Dipeptidase Gene Enhances Heat Shock and UV-B Tolerances in Metarhizium acridum: In fungi, peptidases play a crucial role in adaptability. At present, the roles of peptidases in ultraviolet (UV) and thermal tolerance are still unclear. In this study, a C69-family cysteine dipeptidase of the entomopathogenic fungus Metarhizium acridum, MaPepDA, was expressed in Escherichia coli. The purified enzyme had a molecular mass of 56-kDa, and displayed a high activity to dipeptide substrate with an optimal Ala-Gln hydrolytic activity at about pH 6.0 and 55°C. It was demonstrated that MaPepDA is an intracellular dipeptidase localized in the cytosol, and that it is expressed during the whole fungal growth. Disruption of the MaPepDA gene increased conidial germination, growth rate, and significantly improved the tolerance to UV-B and heat stress in M. acridum. However, virulence and conidia production was largely unaffected in the ΔMaPepDA mutant. Digital gene expression data revealed that the ΔMaPepDA mutant had a higher UV-B and heat-shock tolerance compared to wild type by regulating transcription of sets of genes involved in cell surface component, cell growth, DNA repair, amino acid metabolism, sugar metabolism and some important signaling pathways of stimulation. Our results suggested that disruption of the MaPepDA could potentially improve the performance of fungal pesticides in the field application with no adverse effect on virulence and conidiation. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A família de proteínas DnaJ (ou proteínas J) são chaperonas moleculares que governam o dobramento, degradação e translocação de proteínas em muitos organismos. Embora as proteínas J desempenhem papéis fundamentais na biologia eucariótica e procariótica, o papel das proteínas J em espécies de Aspergillus é atualmente desconhecido. Neste estudo, caracterizamos o gene dnjA, que codifica uma proteína DnaJ putativa, em duas espécies de Aspergillus: Aspergillus nidulans e Aspergillus flavus. A expressão do gene dnjA é inibida pelo regulador velvet VosA, que desempenha um papel fundamental na sobrevivência de esporos e no metabolismo em Aspergillus. A deleção de dnjA diminuiu o número de esporos assexuados (conídios), produziu conidióforos anormais e reduziu os corpos de frutificação sexuados (cleistotécios) ou esclerócios. Além disso, a ausência de dnjA causou aumento na produção de esterigmatocistina ou aflatoxina em A. nidulans e A. flavus, respectivamente. Estes resultados sugerem que DnjA desempenha um papel conservado no desenvolvimento assexuado e sexuado e na produção de micotoxinas em espécies de Aspergillus. No entanto, DnjA também desempenha um papel específico da espécie; AniDnjA, mas não AflDnjA, afeta a viabilidade conidial, os teores de trealose e a tolerância térmica dos conídios. No ensaio de virulência em plantas, a capacidade de infecção do mutante ΔAfldnjA diminuiu nos grãos, sugerindo que DnjA desempenha um papel crucial na patogenicidade de A. flavus. Em conjunto, estes resultados demonstram que DnjA é multifuncional em espécies de Aspergillus; está envolvido em diversos processos biológicos, incluindo diferenciação fúngica e metabolismo secundário. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The role of the VosA-repressed dnjA gene in development and metabolism in Aspergillus species: The DnaJ family of proteins (or J-proteins) are molecular chaperones that govern protein folding, degradation, and translocation in many organisms. Although J-proteins play key roles in eukaryotic and prokaryotic biology, the role of J-proteins in Aspergillus species is currently unknown. In this study, we characterized the dnjA gene, which encodes a putative DnaJ protein, in two Aspergillus species: Aspergillus nidulans and Aspergillus flavus. Expression of the dnjA gene is inhibited by the velvet regulator VosA, which plays a pivotal role in spore survival and metabolism in Aspergillus. The deletion of dnjA decreased the number of asexual spores (conidia), produced abnormal conidiophores, and reduced sexual fruiting bodies (cleistothecia) or sclerotia. In addition, the absence of dnjA caused increased sterigmatocystin or aflatoxin production in A. nidulans and A. flavus, respectively. These results suggest that DnjA plays a conserved role in asexual and sexual development and mycotoxin production in Aspergillus species. However, DnjA also plays a species-specific role; AniDnjA but not AflDnjA, affects conidial viability, trehalose contents, and thermal tolerance of conidia. In plant virulence assay, the infection ability of the ΔAfldnjA mutant decreased in the kernels, suggesting that DnjA plays a crucial role in the pathogenicity of A. flavus. Taken together, these results demonstrate that DnjA is multifunctional in Aspergillus species; it is involved in diverse biological processes, including fungal differentiation and secondary metabolism. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo avaliou o efeito de diferentes temperaturas ambientais na fisiologia de juvenis de Lutjanus guttatus analisando seu comportamento termorregulador, tolerância térmica, taxas de consumo de oxigênio e escopo metabólico térmico. Conjuntamente, o efeito das temperaturas de aclimatação e críticas nas expressões dos genes da proteína de choque térmico 70 (Hsp70) e lactato desidrogenase (Ldh-a) também foi analisado usando temperaturas de aclimatação de 20, 23, 26, 29 e 32°C. Os resultados mostraram que a temperatura final preferida em juvenis de cioba foi 26°C com uma janela térmica de 336,5°C², que estava relacionada a uma temperatura ótima para sua fisiologia determinada pela taxa metabólica de rotina e escopo metabólico térmico. Nas temperaturas de 20 a 26°C, a taxa metabólica de rotina e os genes Hsp70 e Ldh-a apresentaram os menores valores relacionados a um nível de expressão basal. Nas temperaturas de aclimatação de 29 a 32°C e após o limite térmico máximo crítico (CT<inf>max</inf>), a expressão relativa dos genes Hsp70 e Ldh-a aumentou significativamente, mas a principal resposta no CT<inf>max</inf> foi a regulação positiva do gene Hsp70. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of acclimation temperature on thermoregulatory behaviour, thermal tolerance and respiratory metabolism of Lutjanus guttatus and the response of heat shock protein 70 (Hsp70) and lactate dehydrogenase (Ldh-a) genes: This study evaluated the effect of different environmental temperatures in the physiology of Lutjanus guttatus juveniles by analysing their thermoregulatory behaviour, thermal tolerance, oxygen consumption rates and thermal metabolic scope. Jointly, the effect of acclimation and critical temperatures on heat shock protein 70 (Hsp70) and lactate dehydrogenase (Ldh-a) gene expressions were also analysed using acclimation temperatures of 20, 23, 26, 29 and 32°C. The results showed that the final preferred temperature in juvenile snapper was 26°C with a thermal window of 336.5°C2, which was related to an optimal temperature for their physiology determined by the routine metabolic rate and thermal metabolic scope. At temperatures from 20 to 26°C, the routine metabolic rate and Hsp70 and Ldh-a genes had the lowest values related to a basal expression level. At acclimation temperatures from 29 to 32°C and after critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) limit, the relative expression of Hsp70 and Ldh-a genes increased significantly, but the main response at CT<inf>max</inf> was the upregulation of Hsp70 gene. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A ostra do Pacífico Crassostrea gigas, uma espécie comercialmente importante que habita a zona entremarés, enfrenta enormes flutuações de temperatura. Portanto, é importante identificar genes candidatos e relações regulatórias chave associadas à tolerância térmica, o que pode auxiliar o melhoramento molecular de ostras. O fator de transcrição de choque térmico 1 (HSF1) desempenha um papel importante na resistência ao estresse térmico. Entretanto, a relação regulatória entre a expansão da proteína de choque térmico (HSP) HSP70 e HSF1 ainda não está clara em C. gigas. Neste estudo, analisamos genes regulados pelo HSF1 em resposta ao choque térmico por imunoprecipitação da cromatina seguida de sequenciamento (ChIP-seq), determinamos os padrões de expressão dos genes alvo por qRT-PCR e validamos a relação regulatória entre uma HSP70 e HSF1. Encontramos 916 picos correspondentes a sítios de ligação do HSF1, e esses picos foram anotados para os genes mais próximos. Na análise de Ontologia Gênica, os genes alvo do HSF1 estavam relacionados à transdução de sinal, produção de energia e resposta a estímulo biótico. Quatro genes HSP70, dois genes HSP40 e um gene de pequena HSP exibiram ligação ao HSF1. Uma HSP70 com um sítio de ligação na região promotora foi validada como sendo regulada pelo HSF1 sob choque térmico. Estes resultados fornecem uma base para estudos futuros visando determinar os mecanismos subjacentes à tolerância térmica e fornecem insights sobre a regulação gênica na ostra do Pacífico. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Identification of HSF1 Target Genes Involved in Thermal Stress in the Pacific Oyster Crassostrea gigas by ChIP-seq: The Pacific oyster Crassostrea gigas, a commercially important species inhabiting the intertidal zone, facing enormous temperature fluctuations. Therefore, it is important to identify candidate genes and key regulatory relationships associated with thermal tolerance, which can aid the molecular breeding of oysters. Heat shock transcription factor 1 (HSF1) plays an important role in the thermal stress resistance. However, the regulatory relationship between the expansion of heat shock protein (HSP) HSP 70 and HSF1 is not yet clear in C. gigas. In this study, we analyzed genes regulated by HSF1 in response to heat shock by chromatin immunoprecipitation followed by sequencing (ChIP-seq), determined the expression patterns of target genes by qRT-PCR, and validated the regulatory relationship between one HSP70 and HSF1. We found 916 peaks corresponding to HSF1 binding sites, and these peaks were annotated to the nearest genes. In Gene Ontology analysis, HSF1 target genes were related to signal transduction, energy production, and response to biotic stimulus. Four HSP70 genes, two HSP40 genes, and one small HSP gene exhibited binding to HSF1. One HSP70 with a binding site in the promoter region was validated to be regulated by HSF1 under heat shock. These results provide a basis for future studies aimed at determining the mechanisms underlying thermal tolerance and provide insights into gene regulation in the Pacific oyster. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Realizamos experimentos laboratoriais para determinar as temperaturas letais dos brotos de Bryum argenteum seco e para determinar como esta espécie de restauração responde a ambientes extremos. Especificamente avaliamos mudanças nos níveis de expressão gênica nos brotos de plantas secas de B. argenteum que foram submetidas a choque térmico súbito (controle (20 ± 2°C), 80°C, 100°C, 110°C ou 120°C) seguido por exposição ao calor por mais 10, 20, 30 ou 60 minutos. Após serem expostas ao calor, as amostras foram colocadas em meio de areia úmida, e suas habilidades de sobrevivência e regeneração foram avaliadas diariamente por 56 dias. Os resultados mostraram que as temperaturas letais reduziram significativamente o potencial de regeneração dos brotos, atrasaram tanto os tempos de emergência dos brotos quanto dos protonemas e reduziram a área de emergência dos protonemas. Além disso, a expressão de nove genes (HSF3, HSP70, ERF, LEA, ELIP, LHCA, LHCB, Tr288 e DHN) foi induzida pelo estresse térmico, conforme avaliado após 30 minutos de exposição. Adicionalmente, foi determinado um novo nível de tolerância térmica para B. argenteum seco - 120°C por 20 minutos - que foi a temperatura mais alta registrada para este musgo; esta tolerância excedeu o recorde anterior de 110°C por 10 minutos. Esses achados ajudam a elucidar o mecanismo de sobrevivência desta espécie sob estresse por choque térmico e facilitam a recuperação e restauração de ecossistemas destruídos. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of dried shoots of the moss Bryum argenteum: We conducted laboratory experiments to determine the lethal temperatures of the shoots of dried Bryum argenteum and to determine how this restoration species responds to extreme environments. We specifically assessed changes in gene expression levels in the shoots of dried B. argenteum plants that were subjected to sudden heat shock (control (20 ± 2°C), 80°C, 100°C, 110°C or 120°C) followed by exposure to heat for an additional 10, 20, 30 or 60 min. After they were exposed to heat, the samples were placed in wet sand medium, and their survival and regeneration abilities were evaluated daily for 56 days. The results showed that lethal temperatures significantly reduced the shoot regeneration potential, delayed both shoot and protonemal emergence times and reduced the protonemal emergence area. In addition, the expression of nine genes (HSF3, HSP70, ERF, LEA, ELIP, LHCA, LHCB, Tr288 and DHN) was induced by temperature stress, as assessed after 30 min of exposure. Additionally, a new thermal tolerance level for dried B. argenteum – 120°C for 20 min – was determined, which was the highest temperature recorded for this moss; this tolerance exceeded the previous record of 110°C for 10 min. These findings help elucidate the survival mechanism of this species under heat shock stress and facilitate the recovery and restoration of destroyed ecosystems. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A capacidade de uma espécie e população de responder a uma diminuição ou aumento na temperatura depende do seu potencial adaptativo. Aqui, a tolerância térmica crítica (CTmax e CTmin) de quatro populações: Labeo rohita, Catla catla, e seus híbridos recíprocos L. rohita♀× C. catla♂ (RC) e C. catla♀ × L. rohita♂ (CR) aclimatadas a quatro temperaturas de aclimatação (22, 26, 30 e 34 °C) foi determinada. Todas as populações indicaram variações substanciais (P < 0,05) nos valores de CTmax e CTmin. L. rohita apresentou, comparativamente, o maior CTmax com as maiores zonas poligonais totais e intrínsecas, bem como as zonas superiores e inferiores de tolerância térmica adquirida, seguido pelos híbridos RC e CR, enquanto C. catla mostrou significativamente o maior valor de CTmin e as menores zonas intrínsecas e adquiridas de tolerância térmica. Ambos os híbridos ilustraram heterose de progenitor inferior (≤11%). Adicionalmente, a maior expressão dos genes Hsp70 e Hsp90 (proteínas de choque térmico), nível sérico de lisozima, atividade respiratória explosiva e menor nível de peroxidação lipídica sob choque de temperatura inferior e superior ilustraram ainda mais o forte mecanismo fisiológico de L. rohita em contraste com C. catla, para lidar com temperatura aguda, enquanto os híbridos, especialmente o híbrido F1 RC, apareceram como uma boa opção para substituir C. catla em áreas de temperatura relativamente mais alta e mais baixa. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of acclimated temperature on thermal tolerance, immune response and expression of HSP genes in Labeo rohita, Catla catla and their intergeneric hybrids: The ability of a species and population to respond to a decrease or an increase in temperature depends on their adaptive potential. Here, the critical thermal tolerance (CTmax and CTmin) of four populations: Labeo rohita, Catla catla, and their reciprocal hybrids L. rohita♀× C. catla♂ (RC) and C. catla♀ × L. rohita♂ (CR) being acclimatized at four acclimation temperatures (22, 26, 30 and 34 °C) were determined. All populations indicated substantial variations (P < 0.05) in CTmax and CTmin values. L. rohita displayed, comparatively the highest CTmax with largest total and intrinsic polygon zones as well as the upper and lower acquired thermal tolerance zones followed by RC and CR hybrids, while C. catla showed significantly the highest CTmin value and the smallest intrinsic and acquired thermal tolerance zones. Both hybrids illustrated low parent heterosis (≤11%). Additionally, the highest expression of Hsp70 and Hsp90 (heat shock proteins) genes, serum lysozyme level, respiratory burst activity and lowest lipid peroxidation level under lower and higher temperature shock further illustrated strong physiological mechanism of L. rohita in contrast to C. catla, to deal with acute temperature, while hybrids, especially F1 RC hybrid appeared as a good option to replace C. catla in relatively higher and lower temperature areas. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O amortecimento social é um fenômeno em que a presença de coespecíficos reduz a resposta ao estresse de um animal. Bem conhecido em mamíferos, o amortecimento social foi recentemente descrito em peixes que exibem hierarquias sociais pronunciadas. O esturjão do lago (Acipenser fulvescens) é um peixe gregário em vez de hierárquico. Portanto, testamos sua capacidade de amortecimento social após exposição a um estresse térmico agudo. Esturjões do lago de idade-0 isolados ou agrupados (três ou seis coespecíficos de tamanho similar) foram expostos a um teste de máxima térmica crítica (CT<inf>max</inf>). Medimos a resposta endócrina e celular ao choque térmico agudo avaliando a concentração de cortisol corporal total e a expressão de mRNA da proteína regulatória aguda esteroidogênica (StAR) e proteínas de choque térmico (hsp90a, hsp90b e hsp70) durante a recuperação do teste CT<inf>max</inf>. O isolamento ou agrupamento não teve efeito sobre o CT<inf>max</inf>. As concentrações de cortisol corporal total em peixes isolados foram aproximadamente três vezes maiores do que em peixes agrupados 1 hora pós-CT<inf>max</inf> e duas vezes maiores do que peixes agrupados 20 horas pós-CT<inf>max</inf>. Similarmente, 1 hora pós-CT<inf>max</inf>, a expressão de mRNA de StAR, hsp90a, hsp90b e hsp70 foi três a quatro vezes maior em peixes isolados comparado a grupos de três e seis peixes. Às 20 horas pós-CT<inf>max</inf>, a expressão de StAR foi aproximadamente duas vezes maior em peixes isolados, mas a expressão de hsp90a, hsp90b e hsp70 não foi significativamente diferente entre peixes isolados e agrupados. Embora a presença de coespecíficos não tenha tido efeito sobre o CT<inf>max</inf>, a redução significativa dos marcadores de estresse endócrino e celular pós-CT<inf>max</inf> em peixes agrupados sugere fortemente que o esturjão do lago pode usar o amortecimento social para combater os efeitos deletérios potenciais da exposição ao estresse térmico. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Love thy neighbor: Social buffering following exposure to an acute thermal stressor in a gregarious fish, the lake sturgeon (Acipenser fulvescens): Social buffering is a phenomenon where the presence of conspecifics reduces an animal's stress response. Well known in mammals, social buffering was recently described in fishes exhibiting pronounced social hierarchies. Lake sturgeon (Acipenser fulvescens) are a gregarious rather than hierarchical fish. Therefore, we tested their capacity for social buffering following exposure to an acute thermal stress. Isolated or grouped (three or six similarly sized conspecifics) age-0 lake sturgeon were exposed to a critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) test. We measured the endocrine and cellular response to acute thermal shock by assessing whole body cortisol concentration and mRNA expression of steroidogenic acute regulatory protein (StAR) and heat shock proteins (hsp90a, hsp90b, and hsp70) during recovery from the CT<inf>max</inf> test. Isolation or grouping had no effect on CT<inf>max</inf>. Whole body cortisol concentrations in isolated fish were approximately three-fold higher than in grouped fish 1 h post-CT<inf>max</inf> and two-fold higher than grouped fish 20 h post-CT<inf>max</inf>. Similarly, 1 h post-CT<inf>max</inf>, mRNA expression of StAR, hsp90a, hsp90b and hsp70 were three to four-fold higher in isolated fish compared to groups of three and six fish. At 20 h post-CT<inf>max</inf>, expression of StAR was approximately two-fold higher in isolated fish, but expression of hsp90a, hsp90b, and hsp70 was not significantly different between isolated and grouped fish. While conspecific presence had no effect on CT<inf>max</inf>, the significant reduction of endocrine and cellular stress markers post-CT<inf>max</inf> in grouped fish strongly suggests that lake sturgeon may use social buffering to combat potential deleterious effects of exposure to heat stress. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Gmelinoides fasciatus é um anfípode invasor bem-sucedido (Amphipoda, Crustacea) que se dispersou do Lago Baikal para vários corpos d'água. Aqui estudamos se as condições do Baikal são ótimas para G. fasciatus em termos de termotolerância e investigamos temperaturas letais, nível de proteína de choque térmico de 70 kDa, metabolismo energético e defesa antioxidante de animais de três corpos d'água geograficamente distantes sob temperaturas variáveis. Utilizamos exposição aguda ao calor a 28 °C para avaliar os tempos letais medianos e aumento gradual de temperatura de 6 °C para determinar as temperaturas letais. A mortalidade sob choque térmico foi explicável pelo conteúdo basal de Hsp70 que correlacionou com o histórico térmico. Mas este não foi o caso sob aumento gradual de temperatura onde os níveis de Hsp70 tornaram-se similares e o padrão de mortalidade mudou. Os anfípodes mais termotolerantes do Golfo da Finlândia demonstraram maior quantidade de glicose livre durante o aumento de temperatura que pode estar relacionada à maior salinidade deste corpo d'água e menor energia necessária para regulação iônica. Embora as concentrações de íons fisiológicos principais no Lago Baikal sejam menores que no Lago Ladoga, G. fasciatus do Ladoga foi ligeiramente mais sensível ao aumento gradual de temperatura. Esta diferença poderia ser explicada pela influência de altos níveis de substâncias húmicas e outras potencialmente tóxicas no Lago Ladoga indicada pelo aumento das atividades de catalase e glutationa S-transferase. Importante, todas as populações de G. fasciatus acumularam níveis relativamente baixos de lactato durante o aumento de temperatura, o que pode refletir a capacidade desta espécie invasora de manter efetivamente o metabolismo aeróbico sob várias condições. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Invader amphipods Gmelinoides fasciatus (Stebbing, 1899) inhabiting distant waterbodies demonstrate differences in tolerance and energy metabolism under elevated temperatures: Gmelinoides fasciatus is a successful invasive amphipod (Amphipoda, Crustacea) that dispersed from Lake Baikal to various waterbodies. Here we studied whether Baikal conditions are optimal for G. fasciatus in terms of thermotolerance and investigated lethal temperatures, 70 kDa heat shock protein level, energy metabolism, and antioxidant defense of animals from three geographically distant waterbodies under changing temperatures. We used acute heat exposure to 28 °C to assess the median lethal times and gradual temperature increase from 6 °C to determine the lethal temperatures. Mortality under heat shock was explainable by the baseline content of Hsp70 that correlated with thermal history. But it was not the case under gradual temperature increase where Hsp70 levels became similar and the mortality pattern changed. The most thermotolerant amphipods from the Gulf of Finland demonstrated a higher amount of free glucose during the temperature increase that may be related to the higher salinity of this waterbody and less energy required for ion regulation. Even though concentrations of major physiological ions in Lake Baikal are lower than in Lake Ladoga, G. fasciatus from Ladoga was slightly more sensitive to the gradual temperature increase. This difference could be explained by the influence of high levels of humic and other potentially toxic substances in Lake Ladoga indicated by increased activities of catalase and glutathione S-transferase. Importantly, all G. fasciatus populations accumulated relatively low levels of lactate during the temperature increase, which may reflect the ability of this invasive species to effectively maintain aerobic metabolism under various conditions. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O rápido recuo das geleiras está alterando as condições físicas dos rios de cabeceira. Prevê-se que as temperaturas dos rios subam e se tornem cada vez mais variáveis, colocando comunidades biológicas associadas à água de degelo em risco de extinção. Portanto, há uma necessidade urgente de entender como o estresse térmico afeta os insetos de rios de montanha, particularmente onde as geleiras provavelmente desaparecerão em escalas de tempo contemporâneas. Neste estudo, medimos a temperatura crítica máxima (CT<inf>MAX</inf>) de ninfas de perlárias representando múltiplas espécies e uma variedade de regimes térmicos nas altas Montanhas Rochosas, EUA. Em seguida, coletamos dados de sequenciamento de RNA para avaliar como o estresse térmico do organismo se traduziu no nível celular. Nossa espécie focal incluiu a perlária de água de degelo, Lednia tumana, que foi recentemente listada sob o Ato de Espécies Ameaçadas dos EUA devido à perda de habitat induzida pelo clima. Para todas as espécies estudadas, as temperaturas críticas máximas (CT<inf>MAX</inf> ≈ 20°C) excederam em muito as temperaturas dos rios que as perlárias de montanha experimentam (≈10°C). Além disso, embora houvesse evidências de uma resposta ao estresse celular, também observamos expressão constitutiva de genes que codificam proteínas conhecidas por estarem subjacentes ao estresse térmico (ou seja, proteínas de choque térmico) mesmo em baixas temperaturas que refletiam condições naturais. Mostramos que insetos aquáticos de alta altitude podem não estar fisiologicamente ameaçados pela exposição de curto prazo a temperaturas quentes e que respostas fisiológicas de longo prazo ou fatores bióticos (por exemplo, competição) podem explicar melhor suas distribuições extremas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mountain stoneflies may tolerate warming streams: Evidence from organismal physiology and gene expression: Rapid glacier recession is altering the physical conditions of headwater streams. Stream temperatures are predicted to rise and become increasingly variable, putting entire meltwater-associated biological communities at risk of extinction. Thus, there is a pressing need to understand how thermal stress affects mountain stream insects, particularly where glaciers are likely to vanish on contemporary timescales. In this study, we measured the critical thermal maximum (CT<inf>MAX</inf>) of stonefly nymphs representing multiple species and a range of thermal regimes in the high Rocky Mountains, USA. We then collected RNA-sequencing data to assess how organismal thermal stress translated to the cellular level. Our focal species included the meltwater stonefly, Lednia tumana, which was recently listed under the U.S. Endangered Species Act due to climate-induced habitat loss. For all study species, critical thermal maxima (CT<inf>MAX</inf> ' 20°C) far exceeded the stream temperatures mountain stoneflies experience ('10°C). Moreover, while evidence for a cellular stress response was present, we also observed constitutive expression of genes encoding proteins known to underlie thermal stress (i.e., heat shock proteins) even at low temperatures that reflected natural conditions. We show that high-elevation aquatic insects may not be physiologically threatened by short-term exposure to warm temperatures and that longer-term physiological responses or biotic factors (e.g., competition) may better explain their extreme distributions. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico (HSPs), também conhecidas como chaperonas moleculares, são marcadores de estresse proeminentes. As proteínas de choque térmico consistem em proteínas altamente conservadas expressas durante situações de estresse e desempenham um papel importante na adaptação ao estresse ambiental. Embora o padrão de expressão do gene HSP70 seja específico da espécie e raça, as variações na adaptação e tolerância térmica devem-se à natureza do ambiente e capacidade adaptativa de uma espécie. O presente estudo foi conduzido para avaliar a capacidade adaptativa de diferentes raças de cabras (Capra hircus), sendo Jamunapari, Barbari, Jakhrana e Sirohi durante o pico do verão seco. O gene alvo HSP70 (HSPA6) foi avaliado para este propósito usando primers específicos. A expressão do gene HSP70 e da proteína foi estimada por RT PCR e kits ELISA respectivamente. A expressão do gene HSP70 foi encontrada mais baixa na raça Sirohi, implicando que esta raça estava mais adaptada, seguida por Jakhrana, Barbari e Jamunapari durante a estação de pico de verão. Enquanto isso, o nível da proteína HSP70 no sangue foi significativamente maior em Jamunapari, seguido por Barbari, Jakhrana e mais baixo em Sirohi. Estes resultados indicaram que, durante o estresse climático adverso, a quantidade de expressão (gene e proteína HSP70) foi maior em Jamunapari. Conclui-se que a raça Sirohi é melhor adaptada ao estresse por calor do que Jamunapari, Jakhrana e Barbari e HSP70 pode ser um potencial biomarcador molecular no futuro para seleção de animais resilientes ao clima. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein and gene regulation in goats during heat stress: Heat shock proteins (HSPs), also known as molecular chaperons are prominent stress markers. Heat shock proteins consist of highly conserved protein expressed at the time of stress, and play an important role in adaptation to the environmental stress. Although, the expression pattern of HSP70 gene is species and breed specific, variations in adaptation and thermal tolerance is due to the nature of environment and adaptive capacity of a species. The present study was conducted to evaluate the adaptive capability of different goat (Capra hircus) breeds, i.e. Jamunapari, Barbari, Jakhrana and Sirohi under peak dry summer. The targeted gene HSP70 (HSPA6) was evaluated for this purpose using specific primers. The expression of HSP70 gene and protein was estimated by RT PCR and ELISA kits respectively. The expression of HSP70 gene was found lowest in sirohi breeds implying that this breed was more adapted followed by Jakhrana, Barbari and Jamunapari during peak summer season. Whereas, the level of HSP70 protein in blood was significantly higher in Jamunapari, followed by Barbari, Jakhrana and lowest in Sirohi. These results indicated that, during adverse climatic stress the quantum of expression (HSP70 gene and protein) was more in Jamunapari. It is concluded that Sirohi breed is better adapted to heat stress than Jamunapari, Jakhrana and Barbari and HSP70 may be a potential molecular biomarker in the future for selection of climate resilient animals. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A Península Antártica é uma das regiões mais afetadas pelo aumento das temperaturas da superfície do mar (TSM) mediado pela Mudança Climática Global; de fato, as previsões mais negativas implicam um incremento de até 6 °C até o final do século XXI. A temperatura é um dos fatores mais importantes que medeiam a diversidade e distribuição de macroalgas, embora ainda não haja consenso sobre os prováveis efeitos de TSM mais altas, especialmente para algas marinhas polares. Algumas informações disponíveis sugerem que estratégias potenciais para suportar futuros aumentos nas TSM serão fundamentadas no ciclo glutationa-ascorbato e na indução de proteínas de choque térmico (HSPs) com função de chaperonas; no entanto, seu papel eventual, mesmo para respostas gerais ao estresse, não é claro. As espécies de macroalgas intertidais verdes, marrons e vermelhas Monostroma hariotii, Adenocystis utricularis e Pyropia endiviifolia, respectivamente, da Ilha Rei George, Península Antártica, foram expostas a 2 °C (controle) e 8 °C (cenário de mudança climática) por até 5 dias (d). A atividade fotossintética (α<inf>ETR</inf> e ETR<inf>max</inf>, e Ek<inf>ETR</inf>), a fotoinibição (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>) e os processos de fotoproteção (α<inf>NPQ</inf>, NPQ<inf>max</inf>, e Ek<inf>NPQ</inf>) não forneceram evidências de efeitos ecofisiológicos negativos. Houve aumentos moderados na produção de H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> e nos níveis de peroxidação lipídica com a temperatura, resultados apoiados por níveis estáveis dos pools totais de glutationa e ascorbato, com níveis geralmente mais altos de ascorbato e glutationa reduzidos do que formas oxidadas em todas as espécies. Os transcritos de P. endiviifolia indicaram uma regulação positiva geral de todos os genes de enzimas antioxidantes e HSPs estudados sob temperatura mais quente, embora com diferentes níveis de ativação com o tempo. Esta investigação pioneira explorando diferentes níveis de organização biológica, sugeriu que as macroalgas intertidais antárticas podem ser capazes de suportar o futuro aumento das TSM, provavelmente alterando ligeiramente sua distribuição latitudinal e/ou faixa de tolerância térmica, exibindo produção e reciclagem robustas de glutationa-ascorbato, bem como a indução da maquinaria enzimática antioxidante associada e as sínteses de HSPs. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Antarctic intertidal macroalgae under predicted increased temperatures mediated by global climate change: Would they cope?: The Antarctic Peninsula is one of the regions to be most affected by increase in sea surface temperatures (SSTs) mediated by Global Climate Change; indeed, most negative predictions imply an up to 6 °C increment by the end of the XXI century. Temperature is one of the most important factors mediating diversity and distribution of macroalgae, although there is still no consensus as to the likely effects of higher SSTs, especially for polar seaweeds. Some available information suggests that potential strategies to withstand future increases in SSTs will be founded upon the glutathione-ascorbate cycle and the induction of chaperone-functioning heat shock proteins (HSPs); however, their eventual role, even for general stress responses, is unclear. The intertidal green, brown and red macroalgae species Monostroma hariotii, Adenocystis utricularis and Pyropia endiviifolia, respectively, from King George Island, Antarctic Peninsula, were exposed to 2 °C (control) and 8 °C (climate change scenario) for up to 5 days (d). Photosynthetic activity (α<inf>ETR</inf> and ETR<inf>max</inf>, and Ek<inf>ETR</inf>), photoinhibition (F<inf>v</inf>/F<inf>m</inf>) and photoprotection processes (α<inf>NPQ</inf>, NPQ<inf>max</inf>, and Ek<inf>NPQ</inf>) provided no evidence of negative ecophysiological effects. There were moderate increases in H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> production and levels of lipid peroxidation with temperature, results supported by stable levels of total glutathione and ascorbate pools, with mostly higher levels of reduced ascorbate and glutathione than oxidized forms in all species. Transcripts of P. endiviifolia indicated a general upregulation of all antioxidant enzymes and HSPs genes studied under warmer temperature, although with different levels of activation with time. This pioneering investigation exploring different levels of biological organization, suggested that Antarctic intertidal macroalgae may be able to withstand future rise in SSTs, probably slightly altering their latitudinal distribution and/or range of thermal tolerance, by exhibiting robust glutathione-ascorbate production and recycling, as well as the induction of associated antioxidant enzymatic machinery and the syntheses of HSPs. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Corais apresentam aclimatação espacial às condições ambientais locais. No entanto, os vários mecanismos celulares envolvidos na aclimatação local e nos padrões variáveis de branqueamento em corais ainda precisam ser completamente compreendidos. Neste estudo, a modulação de uma proteína implicada na tolerância ao estresse térmico celular, a proteína de choque térmico 70, foi comparada tanto no nível de expressão gênica (hsp70) quanto proteica (Hsp70) em colônias tolerantes ao branqueamento de Acropora muricata próximas à costa e colônias suscetíveis ao branqueamento no recife, na lagoa de Belle Mare (Maurício). Os níveis relativos de Hsp70 variaram significativamente entre colônias dos dois locais diferentes, colônias com diferentes condições de saúde e o ano de coleta. Antes do evento de branqueamento de 2016, as colônias próximas à costa apresentaram níveis basais mais elevados tanto do gene quanto da proteína Hsp70 em comparação com as colônias do recife. Durante o evento de branqueamento, as colônias próximas à costa não branquearam e apresentaram níveis relativos significativamente mais altos tanto do gene quanto da proteína Hsp70 em comparação com as colônias do recife que branquearam. Nenhuma diferenciação genética significativa entre as duas populações de coral estudadas foi observada e todas as colônias analisadas estavam associadas com Symbiodiniaceae do gênero Symbiodinium (Clado A), independentemente da localização e período de amostragem. Esses achados fornecem evidências adicionais do envolvimento da Hsp70 na conferência de tolerância ao branqueamento em corais. Além disso, as diferenças consistentes de expressão do gene e proteína Hsp70 entre as populações de coral próximas à costa e do recife em um ambiente natural indicam que a modulação desta Hsp está envolvida na aclimatação local de corais aos seus ambientes. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Local acclimatisation-driven differential gene and protein expression patterns of Hsp70 in Acropora muricata: Implications for coral tolerance to bleaching: Corals show spatial acclimatisation to local environment conditions. However, the various cellular mechanisms involved in local acclimatisation and variable bleaching patterns in corals remain to be thoroughly understood. In this study, the modulation of a protein implicated in cellular heat stress tolerance, the heat shock protein 70, was compared at both gene (hsp70) and protein (Hsp70) expression level in bleaching tolerant near-coast Acropora muricata colonies and bleaching susceptible reef colonies, in the lagoon of Belle Mare (Mauritius). The relative Hsp70 levels varied significantly between colonies from the two different locations, colonies having different health conditions and the year of collection. Before the bleaching event of 2016, near-coast colonies had higher basal levels of both Hsp70 gene and protein compared to reef colonies. During the bleaching event, the near-coast colonies did not bleach and had significantly higher relative levels of both Hsp70 gene and protein compared to bleached reef colonies. No significant genetic differentiation between the two studied coral populations was observed and all the colonies analysed were associated with Symbiodiniaceae of the genus Symbiodinium (Clade A) irrespective of location and sampling period. These findings provide further evidence of the involvement of Hsp70 in conferring bleaching tolerance to corals. Moreover, the consistent expression differences of Hsp70 gene and protein between the near-coast and reef coral populations in a natural setting indicate that the modulation of this Hsp is involved in local acclimatisation of corals to their environments. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Avaliamos os efeitos da acidificação oceânica (AO) projetada para um futuro próximo e de eventos extremos de temperatura (aquecimento ou resfriamento) na tolerância térmica de Concholepas concholepas, uma espécie-chave bentônica costeira. Três ensaios experimentais separados foram conduzidos expondo juvenis de C. concholepas por 1 mês a um de dois níveis contrastantes de pCO2 (~500 e ~1200 μatm). Além disso, cada nível de pCO2 foi combinado com um de quatro tratamentos de temperatura. O controle foi 15 °C, enquanto as outras temperaturas foram 10 °C (Ensaio 1), 20 °C (Ensaio 2) e 25 °C (Ensaio 3). Ao final de cada ensaio, avaliamos o máximo térmico crítico (CTmax) e mínimo (CTmin) através do sucesso de autoendireitamento, calculamos polígonos parciais de tolerância térmica, medimos o crescimento somático, determinamos a transcrição de Proteínas de Choque Térmico 70 (HSP70) e medimos as taxas de consumo de oxigênio. Independentemente do nível de pCO2, os níveis de transcrição de HSP70 foram significativamente maiores nos juvenis após exposição a temperaturas extremas (10 °C e 25 °C) indicando estresse fisiológico. As taxas de consumo de oxigênio aumentaram com o aumento da temperatura de 10 °C para 20 °C, mas mostraram uma diminuição a 25 °C. Esta taxa não foi afetada pelo pCO2 ou pela interação entre temperatura e pCO2. Juvenis expostos aos níveis atuais e futuros próximos de pCO2 a 20 °C mostraram áreas de polígonos de tolerância térmica similares; enquanto mudanças tanto no CTmin quanto no CTmax a 25 °C e 10 °C causaram áreas mais estreitas e mais amplas, respectivamente. A temperatura afetou o crescimento, o consumo de oxigênio e a transcrição de HSP70 em juvenis pequenos de C. concholepas. A exposição ao pCO2 elevado não afetou a tolerância térmica, o crescimento ou o consumo de oxigênio em temperaturas dentro da faixa térmica normalmente experimentada por esta espécie no norte do Chile (15-20 °C). Entretanto, em condições de pCO2 elevado, a exposição a temperaturas mais quentes (25 °C) ou mais frias (10 °C) reduziu ou aumentou a área térmica, respectivamente. Este estudo demonstra a importância de examinar os limites da tolerância térmica para melhor compreender como a AO e a temperatura se combinarão para desafiar fisiologicamente os organismos intertidais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Combined effect of pCO2 and temperature levels on the thermal niche in the early benthic ontogeny of a keystone species: We evaluated the effects of projected, near future ocean acidification (OA) and extreme events of temperature (warming or cooling) on the thermal tolerance of Concholepas concholepas, a coastal benthic keystone species. Three separate trials of an experiment were conducted by exposing juvenile C. concholepas for 1 month to one of two contrasting pCO<inf>2</inf> levels (~500 and ~1200 μatm). In addition, each pCO<inf>2</inf> level was combined with one of four temperature treatments. The control was 15 °C, whilst the other temperatures were 10 °C (Trial 1), 20 °C (Trial 2) and 25 °C (Trial 3). At the end of each trial, we assessed Critical Thermal maximum (CTmax) and minimum (CTmin) via self-righting success, calculated partial thermal tolerance polygons, measured somatic growth, determined transcription of Heat Shock Proteins 70 (HSP70) and measured oxygen consumption rates. Regardless of pCO<inf>2</inf> level, HSP70 transcript levels were significantly higher in juveniles after exposure to extreme temperatures (10 °C and 25 °C) indicating physiological stress. Oxygen consumption rates increased with increasing temperature from 10 °C to 20 °C though showed a decrease at 25 °C. This rate was not affected by pCO<inf>2</inf> or the interaction between temperature and pCO<inf>2</inf>. Juveniles exposed to present-day and near future pCO<inf>2</inf> levels at 20 °C showed similar thermal tolerance polygonal areas; whilst changes in both CTmin and CTmax at 25 °C and 10 °C caused narrower and broader areas, respectively. Temperature affected growth, oxygen consumption and HSP70 transcription in small juvenile C. concholepas. Exposure to elevated pCO<inf>2</inf> did not affect thermal tolerance, growth or oxygen consumption at temperatures within the thermal range normally experienced by this species in northern Chile (15-20 °C). At elevated pCO<inf>2</inf> conditions, however, exposure to warmer (25 °C) or colder (10 °C) temperatures reduced or increased the thermal area, respectively. This study demonstrates the importance of examining the thermal-tolerance edges to better understand how OA and temperature will combine to physiologically challenge inter-tidal organisms. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

STI/HOP funciona como um co-chaperona de HSP90 e HSP70, cuja função molecular tem sido amplamente restrita a uma proteína adaptadora. No entanto, seu papel na termotolerância não é bem explorado. Neste artigo, identificamos seis membros da família TaSTI, que foram nomeados de acordo com sua distribuição nos cromossomos do grupo 2 e grupo 6. Curiosamente, os membros TaSTI-2 apresentaram expressão mais elevada em comparação com os membros TaSTI-6 sob condições de estresse térmico, sendo TaSTI-2A um dos membros mais responsivos ao calor. Consistentemente, a expressão heteróloga de TaSTI-2A em Arabidopsis resultou em maior termotolerância basal e adquirida, conforme revelado pelo maior rendimento das plantas sob condições de estresse. Similarmente, no caso do arroz, os transgênicos TaSTI-2A exibiram maior tolerância térmica. Além disso, demonstramos que TaSTI-2A interage com TaHSP90 não apenas no núcleo, mas também no RE e nos corpos de Golgi, o que não havia sido demonstrado até agora. Adicionalmente, TaHSP70 também foi encontrada interagindo com TaSTI-6D especificamente no citosol. Assim, esses dados em conjunto sugerem que os membros da família TaSTI podem desempenhar papéis diferentes sob condições de estresse térmico para ajustar finamente a resposta ao estresse térmico em plantas. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Dissecting the Molecular Function of Triticum aestivum STI Family Members Under Heat Stress: STI/HOP functions as a co-chaperone of HSP90 and HSP70 whose molecular function has largely been being restricted as an adaptor protein. However, its role in thermotolerance is not well explored. In this article, we have identified six members of the TaSTI family, which were named according to their distribution on group 2 and group 6 chromosomes. Interestingly, TaSTI-2 members were found to express higher as compared to TaSTI-6 members under heat stress conditions, with TaSTI-2A being one of the most heat-responsive member. Consistent with this, the heterologous expression of TaSTI-2A in Arabidopsis resulted in enhanced basal as well as acquired thermotolerance as revealed by the higher yield of the plants under stress conditions. Similarly in the case of rice, TaSTI-2A transgenics exhibited enhanced thermal tolerance. Moreover, we demonstrate that TaSTI-2A interacts with TaHSP90 not only in the nucleus but also in the ER and Golgi bodies, which has not been shown till now. Additionally, TaHSP70 was also found to interact with TaSTI-6D specifically in the cytosol. Thus, these data together suggested that the TaSTI family members might play different roles under heat stress conditions in order to fine-tune the heat stress response in plants. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Patógenos transmitidos por vetores são conhecidos por alterar os fenótipos de seus hospedeiros primários e vetores, com implicações para a transmissão de doenças, bem como para a ecologia. Aqui mostramos que um vírus de planta, o vírus do nanismo amarelo da cevada, aumenta a temperatura superficial das plantas hospedeiras infectadas (em média 2 °C), enquanto também aumenta significativamente a tolerância térmica de seu vetor pulgão Rhopalosiphum padi (em 8 °C). Esta tolerância térmica aprimorada, que foi associada à regulação positiva diferencial de três genes de proteínas de choque térmico, permitiu que os pulgões ocupassem regiões mais altas e mais quentes das plantas hospedeiras infectadas quando deslocados de regiões mais frias pela competição com uma espécie de pulgão maior, R. maidis. A infecção, portanto, levou a uma expansão do nicho fundamental do vetor. Esses achados mostram que os efeitos do vírus na biologia térmica de hospedeiros e vetores podem influenciar suas interações entre si e com outros organismos não vetores. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Enhanced heat tolerance of viral-infected aphids leads to niche expansion and reduced interspecific competition: Vector-borne pathogens are known to alter the phenotypes of their primary hosts and vectors, with implications for disease transmission as well as ecology. Here we show that a plant virus, barley yellow dwarf virus, increases the surface temperature of infected host plants (by an average of 2 °C), while also significantly enhancing the thermal tolerance of its aphid vector Rhopalosiphum padi (by 8 °C). This enhanced thermal tolerance, which was associated with differential upregulation of three heat-shock protein genes, allowed aphids to occupy higher and warmer regions of infected host plants when displaced from cooler regions by competition with a larger aphid species, R. maidis. Infection thereby led to an expansion of the fundamental niche of the vector. These findings show that virus effects on the thermal biology of hosts and vectors can influence their interactions with one another and with other, non-vector organisms. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico é um dos principais fatores de declínio populacional e extinções. Mudanças nos regimes térmicos criam novas condições ambientais, levando à adaptação de características, migração populacional e/ou extinção de espécies. Pesquisas extensivas examinaram adaptações térmicas em artrópodes terrestres. No entanto, pouco se sabe sobre insetos sociais, apesar de seu papel fundamental nos ecossistemas. Somente nos últimos anos que as adaptações de insetos sociais ao estresse térmico receberam atenção. Aqui, discutimos o que é atualmente conhecido sobre tolerância térmica e adaptação térmica em insetos sociais - nomeadamente formigas, cupins, abelhas sociais e vespas sociais. Descrevemos as adaptações comportamentais, morfológicas, fisiológicas e moleculares que os insetos sociais evoluíram para lidar com o estresse térmico. Examinamos respostas individuais e coletivas a mudanças térmicas temporárias e persistentes e exploramos até que ponto os indivíduos podem explorar a variabilidade genética para aclimatar. Finalmente, consideramos os custos e benefícios da socialidade frente ao estresse térmico, e propomos algumas direções futuras de pesquisa que devem avançar nosso conhecimento sobre adaptações térmicas individuais e coletivas em insetos sociais. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Adaptations to thermal stress in social insects: recent advances and future directions: Thermal stress is a major driver of population declines and extinctions. Shifts in thermal regimes create new environmental conditions, leading to trait adaptation, population migration, and/or species extinction. Extensive research has examined thermal adaptations in terrestrial arthropods. However, little is known about social insects, despite their major role in ecosystems. It is only within the last few years that the adaptations of social insects to thermal stress have received attention. Herein, we discuss what is currently known about thermal tolerance and thermal adaptation in social insects – namely ants, termites, social bees, and social wasps. We describe the behavioural, morphological, physiological, and molecular adaptations that social insects have evolved to cope with thermal stress. We examine individual and collective responses to both temporary and persistent changes in thermal conditions and explore the extent to which individuals can exploit genetic variability to acclimatise. Finally, we consider the costs and benefits of sociality in the face of thermal stress, and we propose some future research directions that should advance our knowledge of individual and collective thermal adaptations in social insects. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura da água do mar está projetada para aumentar globalmente devido às mudanças climáticas, afetando as respostas fisiológicas, aptidão e sobrevivência dos organismos marinhos. Estudos de tolerância térmica são críticos para determinar a capacidade dos animais de se adaptarem às condições ambientais futuras. Neste estudo, objetivamos determinar se os limites térmicos do neozelandês Evechinus chloroticus mudariam com o histórico térmico do animal. Testamos o efeito de seis regimes térmicos na capacidade de endireitamento, temperatura de perda de endireitamento (T<inf>LOR</inf>), temperatura letal mediana (LT<inf>50</inf>), temperatura letal (LT) e na expressão gênica da proteína de choque térmico 70 (hsp70) do ouriço-do-mar neozelandês E. chloroticus quando exposto a um choque térmico de 1 °C dia−1 (duração de 7–16 dias dependendo do tratamento). Os tratamentos consistiram em aclimatação laboratorial por uma e quatro semanas a 18 °C e 24 °C (temperatura média de inverno (15 °C) e verão (21 °C) + 3 °C de aquecimento, respectivamente), comparados com ouriços-do-mar não aclimatados coletados durante as estações de inverno (14,6 °C) e verão (20,4 °C). O histórico térmico não teve efeito significativo na capacidade de endireitamento de E. chloroticus (T<inf>LOR</inf> variou entre 28 e 29 °C para todos os tratamentos) e LT<inf>50</inf> (variou entre 29 e 30 °C para todos os tratamentos). Entretanto, a LT de E. chloroticus coletado durante a estação de inverno foi significativamente menor do que a de animais aclimatados por uma semana a 18 °C. A expressão máxima de mRNA de hsp70 (T<inf>max</inf>) foi observada em torno de 27–28 °C independentemente do tratamento; no entanto, os níveis relativos de mRNA de hsp70 foram significativamente maiores em animais aclimatados por quatro semanas a 24 °C. Apesar de provar ser uma espécie termotolerante com LTs em torno de 30 °C, E. chloroticus foi incapaz de aumentar a tolerância térmica e T<inf>max</inf> quando aclimatado a altas temperaturas, sugerindo que E. chloroticus pode ter uma capacidade adaptativa limitada para modificar seu fenótipo; entretanto, adaptações evolutivas podem permitir que E. chloroticus se adapte às temperaturas oceânicas futuras. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effect of acclimation on thermal limits and hsp70 gene expression of the New Zealand sea urchin Evechinus chloroticus: Seawater temperature is projected to increase globally due to climate change, affecting physiological responses, fitness and survival of marine organisms. Thermal tolerance studies are critical to determine the ability of animals to adapt to future environmental conditions. In this study, we aimed to determine if the thermal limits of the New Zealand Evechinus chloroticus would shift with animal's thermal history. We tested the effect of six thermal regimes on the righting ability, temperature of loss of righting (T<inf>LOR</inf>), median lethal temperature (LT<inf>50</inf>), lethal temperature (LT) and the gene expression of the heat shock protein 70 (hsp70) of the New Zealand sea urchin E. chloroticus when exposed to a thermal shock of 1 °C day−1 (duration of 7–16 days depending on the treatment). Treatments consisted of laboratory acclimation for one and four weeks to 18 °C and 24 °C (mean winter (15 °C) and summer temperature (21 °C) + 3 °C of warming, respectively), compared to non-acclimated sea urchins collected during winter (14.6 °C) and summer seasons (20.4 °C). Thermal history did not have a significant effect on the righting ability of E. chloroticus (T<inf>LOR</inf> ranged between 28 and 29 °C for all treatments) and LT<inf>50</inf> (ranged between 29 and 30 °C for all treatments). However, LT of E. chloroticus collected during winter season was significantly lower than animals acclimated for one week at 18 °C. Maximum expression of hsp70 mRNA (T<inf>max</inf>) was observed at around 27–28 °C regardless of treatment; however, relative hsp70 mRNA levels were significantly higher in animals acclimated for four weeks at 24 °C. Despite proving to be a thermotolerant species with LTs around 30 °C, E. chloroticus was unable to increase thermal tolerance and T<inf>max</inf> when acclimated to high temperatures, suggesting that E. chloroticus may have a limited adaptive capacity to modify its phenotype; however, evolutionary adaptations may allow E. chloroticus to adapt to future ocean temperatures. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator abiótico crítico no cultivo aquícola. Cortisol sérico, glicose, frequência respiratória, glicogênio hepático, atividades de enzimas antioxidantes (superóxido dismutase [SOD], catalase [CAT] e glutationa peroxidase [GPx]), conteúdo de malondialdeído (MDA) e expressão de proteínas de choque térmico (hsp70, 90) e genes relacionados à apoptose (p53, caspase3, bax, bcl2) do rodovalho foram determinados a 27 °C sob diferentes durações térmicas (0, 6, 12, 24, 48, 72, 96 h) para ilustrar os mecanismos subjacentes de resposta fisiológica. Os resultados mostraram que cortisol e glicose aumentaram significativamente a 27 °C de 0 h a 12 h, e depois diminuíram drasticamente de 24 h a 96 h. A frequência respiratória manifestou resultados semelhantes ao cortisol. O conteúdo de glicogênio hepático e as atividades de GPx e CAT diminuíram gradualmente de maneira dependente do tempo sob estresse térmico. Entretanto, a atividade da SOD aumentou significativamente às 6, 12, 24 h e depois diminuiu até o final do estresse térmico. O conteúdo hepático de MDA aumentou significativamente de 12 h a 96 h. Além disso, a taxa de apoptose de hepatócitos aumentou gradualmente sob estresse térmico. Os mRNAs de p53, caspase3 e bcl2 foram significativamente regulados positivamente sob estresse térmico dentro de 6 h, e regulados negativamente de 12 h a 96 h. O mRNA de bax foi significativamente regulado positivamente de 0 h a 6 h, e nenhuma diferença significativa foi observada de 6 h a 96 h. Os mRNAs hepáticos de hsp70 e hsp90 foram significativamente regulados positivamente de 6 h a 12 h, o que foi semelhante aos resultados da glicose sérica. Estes resultados indicam que o estresse térmico eleva a frequência respiratória, os conteúdos de cortisol e glicose séricos, promove a glicogenólise hepática, prejudica a capacidade antioxidante hepática e induz apoptose de hepatócitos pelas vias dependentes de p53-bax-bcl2 e caspase. Estes achados expandem o conhecimento atual sobre tolerância térmica e auxiliam o manejo do rodovalho em cativeiro. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological response of juvenile turbot (Scophthalmus maximus. L) during hyperthermal stress: Temperature is a critical abiotic factor in aquaculture farming. Serum cortisol, glucose, respiratory frequency, hepatic glycogen, anti-oxidant enzyme activities (superoxide dismutase [SOD], catalase [CAT], and glutathione peroxidase [GPx]), malondialdehyde (MDA) content, and expression of heat shock proteins (hsp70, 90) and apoptosis-related genes (p53, caspase3, bax, bcl2) of turbot were determined at 27 °C under different thermal durations (0, 6, 12, 24, 48, 72, 96 h) to illustrate the underlying physiological response mechanisms. Results showed that cortisol and glucose significantly increased at 27 °C from 0 h to 12 h, and then dramatically decreased from 24 h to 96 h. Respiratory frequency manifested similar results to cortisol. Hepatic glycogen content, GPx and CAT activities gradually decreased in a time-dependent manner under thermal stress. However, SOD activity significantly increased at 6, 12, 24 h and then decreased until the end of thermal stress. Hepatic MDA content significantly increased from 12 h to 96 h. In addition, the apoptosis rate of hepatocyte gradually increased under thermal stress. p53, caspase3 and bcl2 mRNAs were significantly up-regulated under thermal stress within 6 h, and down-regulated from 12 h to 96 h. bax mRNA was significantly up-regulated from 0 h to 6 h, and no significant difference was observed from 6 h to 96 h. Hepatic hsp70 and hsp90 mRNAs were significantly up-regulated from 6 h to 12 h, which was similar to those of serum glucose results. These results indicate that hyperthermal stress elevates respiratory frequency, serum cortisol and glucose contents, promotes hepatic glycogenolysis, impairs hepatic antioxidant capacity and induces hepatocyte apoptosis by p53-bax-bcl2 and the caspase-dependent pathways. These findings expand the current knowledge on thermal tolerance and aid the management of turbot in captivity. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cirurgia, radioterapia e quimioterapia têm sido relatadas como os principais tratamentos para o câncer, que é uma das piores doenças relatadas. No entanto, devido à alta invasividade nos pacientes, a hipertermia oncológica tem sido estudada como tratamento não invasivo. A hipertermia utiliza uma diferença de tolerância térmica entre células normais e cancerígenas e dá ao local afetado um estímulo térmico para matar seletivamente as células cancerígenas. Para desenvolver condições eficazes de hipertermia, tem sido necessário um estudo in vitro para avaliar a tolerância térmica. No entanto, como os recipientes de cultura celular existentes não podem controlar a temperatura de cultura, a genuína tolerância térmica das células não pode ser investigada adequadamente. Para revelar a temperatura crítica adequada para a hipertermia, desenvolvemos um dispositivo de cultura que controla a temperatura de cultura. Com o dispositivo desenvolvido, a temperatura de cultura foi regulada muito mais rapidamente do que o método convencional com recipientes existentes, o que nos permitiu estudar a tolerância térmica das células adequadamente. Para o controle da temperatura de cultura, o dispositivo possui um substrato de cultura de titânio onde um elemento peltier foi aderido. Como a biocompatibilidade do dispositivo foi confirmada, uma diferença de tolerância térmica entre células normais e cancerígenas foi, então, investigada com o dispositivo desenvolvido, utilizando Fibroblastos Dérmicos Humanos Normais e Michigan Cancer Foundation-7 como espécies celulares modelo. Como resultado, confirmou-se que as células cancerígenas eram mais sensíveis ao estímulo térmico do que as células normais, o que foi qualitativamente consistente com pesquisas anteriores. Assim, concluímos que nosso dispositivo desenvolvido pode ser usado para investigação da tolerância térmica de cada espécie celular, o que contribuirá para o desenvolvimento da hipertermia oncológica. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Titanium culture vessel capable of controlling culture temperature for evaluation of cell thermotolerance: Surgery, radiation therapy, and chemical therapy have been reported as main treatments for cancer that is one of the worst diseases reported. However, because of high invasiveness on patients, cancer hyperthermia has been studied as non-invasive treatment. Hyperthermia uses a difference of thermal tolerance between normal and cancer cells and gives an affected part thermal stimulation to kill cancer cells selectively. For developing effective conditions of hyperthermia, in vitro study to evaluate the thermal tolerance have been required. However, since existing cell culture vessels cannot control the culture temperature, genuine thermal tolerance of cells cannot be investigated appropriately. To reveal critical temperature proper for hyperthermia, we developed a culture device controlling culture temperature. With the developed device, culture temperature was regulated far more quickly than conventional method with existing vessels, which enable us to study the thermal tolerance of cells appropriately. For the control of culture temperature, the device has a titanium culture substrate where a peltier element adhered. Since a biocompatibility of the device was confirmed, a difference of thermal tolerance between normal and cancer cells was, then, investigated with the developed device by using Normal Human Dermal Fibroblasts and Michigan Cancer Foundation-7 as model cell species. As a result, it was confirmed that cancer cells were more sensitive to thermal stimulation than normal cells, which was qualitatively consistent with previous researches. Thus, we conclude our developed device can be used for investigation of thermal tolerance of each cell specie, which will contribute for the development of cancer hyperthermia. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

— Prevê-se que o aquecimento global tenha um efeito geralmente negativo sobre a atividade agrícola. O estresse por altas temperaturas pode afetar negativamente o crescimento das plantas. Desenvolver plantas com tolerância térmica aprimorada usando abordagens de genética molecular poderia mitigar esses efeitos do estresse por calor. Palmeiras de elite com melhor adaptação ao calor podem ser selecionadas do germoplasma usando marcadores moleculares. O perfil de transcriptoma por sequenciamento de RNA é uma maneira de encontrar marcadores moleculares de uma característica particular. O objetivo do estudo foi obter genes diferencialmente expressos (DEGs) relacionados ao efeito do estresse por calor. Os resultados do sequenciamento de RNA foram exibidos usando mapas de calor que foram úteis para visualizar a expressão dos genes entre o tratamento de alta temperatura e as amostras de controle. No total, 1.087 genes foram identificados envolvidos no estresse por calor na palma de óleo. Sessenta e quatro (64) deles foram diferencialmente expressos, consistindo em dezessete (17) regulados positivamente e quarenta e sete (47) regulados negativamente. O uni-gene foi resumido nas categorias de Ontologia Gênica (GO), a saber: processo biológico, função molecular e componente celular, subsequentemente dividido em 53 subcategorias. O processo de organismo único, processo biossintético, resposta a estímulo, processo de oxidação-redução e resposta ao estresse foram as cinco subcategorias principais. Sessenta e quatro genes relacionados ao estresse por calor foram encontrados, e oito (12,5%) deles foram determinados como família de proteína de choque térmico (HSP). O maior nível de transcrição foi o gene não caracterizado, um membro da subcategoria de resposta ao calor, e os outros genes regulados positivamente consistiram em gene da família HSP, gene da família Bcl-2-associated athanogene (BAG) e gene HIPP, gene slr0575, gene CML14 e gene PARP. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptome Profiling of Elaeis guineensis Jacq. Under Heat Stress Condition: — Global warming is predicted to have a generally negative effect on agriculture activity. High temperatures stress could affect plant growth negatively. Developing plants with improved thermal tolerance using molecular genetic approaches could mitigate these heat stress effects. Elite palms with better adaptation to heat can be selected from germplasm using molecular markers. Transcriptome profiling by RNA sequencing is a way to find molecular markers of a particular trait. The objective of the study was to obtain differential expressed genes (DEGs) related to the heat stress effect. RNA sequencing results were displayed using heat maps which were useful for visualizing the expression of genes across the high-temperature treatment and control samples. In total, where 1,087 genes were identified involved in oil palm heat stress. Sixty-four (64) of them were differentially expressed, consisted of seventeen (17) up-regulated and forty-seven (47) down-regulated. The uni-gene was summarized in Gene Ontology (GO) categories, namely: biological process, molecular function, and cellular component, subsequently divided into 53 sub-categories. The single organism process, biosynthetic process, response to stimulus, oxidation-reduction process, and response stress were the five primary sub-categories. Sixty-four genes related to heat stress were found, and eight (12.5%) of them were determined as heat shock protein (HSP) family. The highest transcription level was the uncharacterized gene, a member of the heat response sub-category, and the others up-regulated gene consisted of HSP family gene, Bcl-2-associated athanogene (BAG) family and HIPP gene, slr0575 gene, CML14 gene, and PARP gene. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As altas temperaturas ambientais são uma preocupação primordial que afeta a produção avícola; assim, compreender e controlar tais condições são vitais para a produção bem-sucedida e o bem-estar das aves. Diante disso, um delineamento inteiramente casualizado com arranjo fatorial 2 × 2 envolvendo duas linhagens locais (frango Kirin (KC) e frango Three-yellow (TYC)) e dois grupos de temperatura (normal/controle = 30 ± 2 °C e estresse térmico agudo (AHS) = 35 ± 1 °C por 8 h com 70% de umidade) foi utilizado para avaliar os principais fatores regulatórios, como o gene da proteína de choque térmico (HSP70), genes de citocinas (IL-1β, IL-6, IL-10), gene de desenvolvimento muscular (IGF-1) e alterações histopatológicas teciduais. Aos 56 dias de idade, as temperaturas da crista (CT), pés (FT), pálpebra (ET) e retal (RT) de cada grupo foram aferidas três vezes em 0, 2, 4 e 8 h durante o AHS, e 1 e 3 h no período de recuperação após o AHS. Aos 80 dias de idade, o peso ao abate também foi analisado. A CT e ET dos grupos AHS aumentaram durante o ensaio de 8 h, enquanto a RT de ambas as linhagens diminuiu significativamente às 4 h, mas aumentou às 8 h no grupo TYC. Todos os registros de temperatura caíram nos grupos AHS de ambas as linhagens durante o período de recuperação. Os resultados revelaram que a expressão de mRNA da HSP70 no fígado foi maior no grupo sob estresse térmico de ambas as linhagens em comparação com o controle. A expressão da HSP70 mostrou-se significativamente alta no grupo AHS-KC em comparação com o controle (P < 0,05). Além disso, o gene IGF1 no fígado, músculo peitoral e músculo da perna foi regulado negativamente no grupo AHS-TYC em comparação com o controle (P < 0,05), embora no AHS-KC tenha sido regulado negativamente no músculo peitoral. A expressão de mRNA do IL-1β no baço diminuiu significativamente no grupo AHS-TYC (P < 0,01), enquanto no AHS-KC não houve diferença significativa (P > 0,05). A expressão de mRNA do IL-6 e IL-10 no baço aumentou no grupo AHS-KC, mas não exibiu mudanças óbvias no AHS-TYC. Correspondentemente, os exames histopatológicos revelaram lesão tecidual nos grupos AHS de ambas as linhagens, com a linhagem TYC apresentando alterações mais severas. Os pesos final vivo e de carcaça mostraram um aumento significativo nos tratamentos (P < 0,01 e P < 0,05, respectivamente) e na interação tratamento × linhagem (P < 0,05), com a taxa de músculo peitoral reduzindo significativamente entre os tratamentos (P < 0,01) aos 80 dias. Em conclusão, a resposta diferencial ao AHS após a resposta fisiológica, molecular e imune retrata o KC como tendo melhor tolerância térmica do que o TYC. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evaluation of physiological and molecular responses to acute heat stress in two chicken breeds: High environmental temperatures are a foremost concern affecting poultry production; thus, understanding and controlling such conditions are vital to successful production and welfare of poultry. In view of this, a completely randomized design with a 2 × 2 factorial arrangement involving two local strains (Kirin chicken (KC) and Three-yellow chicken (TYC)) and two temperature groups (normal/control = 30 ± 2 °C and acute heat stress (AHS) = 35 ± 1 °C for 8-h with 70% humidity) was used to assess the main regulatory factors such as heat shock protein (HSP70) gene, cytokine genes (IL-1β, IL-6, IL-10), muscle development gene (IGF-1) and tissue histopathological changes. At 56 days old, the temperatures of the comb (CT), feet (FT), eyelid (ET) and rectal (RT) from each group were taken thrice at 0, 2, 4 and 8-h during AHS, and 1 and 3-h recovery period after AHS. At 80 days old, the slaughter weight was also analyzed. The CT and ET of the AHS groups increased during the 8-h trial, while the RT of both strains decreased significantly at 4 h but increased at 8 h in the TYC group. All temperature recordings dropped in the AHS groups of both strains during the recovery period. The results revealed that the mRNA expression of HSP70 in the liver was higher in the heat-stressed group of both strains compared to the control. The expression of HSP70 was shown in the AHS-KC group to be significantly high compared to the control (P < 0.05). Moreover, the IGF1 gene in the liver, breast muscle and leg muscle was downregulated in the AHS-TYC group compared to the control (P < 0.05), although that in the AHS-KC was downregulated in the breast muscle. The mRNA expression of spleen IL-1β significantly decreased in the AHS-TYC group (P < 0.01), whereas that of the AHS-KC had no significant difference (P > 0.05). The mRNA expression of spleen IL-6 and IL-10 was increased in the AHS-KC group but did not exhibit obvious changes in the AHS-TYC. Correspondingly, the histopathological examinations revealed tissue injury in the AHS groups of both strains, with the TYC strain experiencing more severe changes. The final live and carcass weights showed a significant enhancement in the treatments (P < 0.01 and P < 0.05, respectively) and treatment × strain interaction (P < 0.05) with breast muscle rate significantly reducing among the treatments (P < 0.01) at 80 days. In conclusion, the differential response to AHS after physiological, molecular and immune response portrays KC to have better thermal tolerance than the TYC. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Compreender os mecanismos biológicos de adaptação climática é de suma importância para a otimização de programas de reprodução e conservação de recursos genéticos. O objetivo deste estudo foi investigar a diversidade genética e desvendar regiões genômicas potencialmente sob seleção para tolerância ao calor e/ou frio em trinta e duas raças bovinas mundiais, com foco em raças bovinas locais chinesas adaptadas a condições climáticas divergentes, o iaque Datong (Bos grunniens; YAK) e o Bali (Bos javanicus) com base em dados densos de SNP. Em geral, níveis moderados de diversidade genética foram observados na maioria das populações bovinas. A proporção de SNP polimórficos variou de 0,197 (YAK) a 0,992 (gado Mongol). A heterozigosidade observada e esperada variou de 0,023 (YAK) a 0,366 (gado Sanhe; SH) e de 0,021 (YAK) a 0,358 (SH), respectivamente. A média geral de endogamia (±DP) foi: 0,118 ± 0,028, 0,228 ± 0,059, 0,194 ± 0,041 e 0,021 ± 0,004 com base no número observado versus esperado de genótipos homozigotos, excesso de homozigosidade, correlação entre gametas unidos e corridas de homozigosidade (ROH), respectivamente. Sinais de seleção baseados em múltiplos cenários e métodos (F<inf>ST</inf>, HapFLK e ROH) revelaram importantes regiões genômicas e genes candidatos. Os genes candidatos identificados estão relacionados a vários processos biológicos e vias, como proteínas de choque térmico, transporte de oxigênio, características anatômicas, manutenção do DNA mitocondrial, atividade metabólica, consumo alimentar, conformação da carcaça, fertilidade e reprodução. Isso destaca o grande número de processos biológicos envolvidos na tolerância térmica e, portanto, a natureza poligênica da resiliência climática. Uma descrição abrangente das medidas de diversidade genética em gado chinês e YAK foi realizada e comparada a 24 raças bovinas mundiais para evitar possíveis vieses. Numerosas regiões genômicas sob seleção positiva foram detectadas usando três métodos de assinatura de seleção e genes candidatos potencialmente sob seleção positiva foram identificados. Análises de função enriquecida identificaram vias biológicas importantes, funções moleculares e componentes celulares, que contribuem para uma melhor compreensão dos mecanismos biológicos subjacentes à tolerância térmica em bovinos. Com base no grande número de regiões genômicas identificadas, a tolerância térmica tem uma natureza de herança poligênica complexa, o que era esperado considerando os vários mecanismos envolvidos na resposta ao estresse térmico. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genetic Diversity and Signatures of Selection for Thermal Stress in Cattle and Other Two Bos Species Adapted to Divergent Climatic Conditions: Understanding the biological mechanisms of climatic adaptation is of paramount importance for the optimization of breeding programs and conservation of genetic resources. The aim of this study was to investigate genetic diversity and unravel genomic regions potentially under selection for heat and/or cold tolerance in thirty-two worldwide cattle breeds, with a focus on Chinese local cattle breeds adapted to divergent climatic conditions, Datong yak (Bos grunniens; YAK), and Bali (Bos javanicus) based on dense SNP data. In general, moderate genetic diversity levels were observed in most cattle populations. The proportion of polymorphic SNP ranged from 0.197 (YAK) to 0.992 (Mongolian cattle). Observed and expected heterozygosity ranged from 0.023 (YAK) to 0.366 (Sanhe cattle; SH), and from 0.021 (YAK) to 0.358 (SH), respectively. The overall average inbreeding (±SD) was: 0.118 ± 0.028, 0.228 ± 0.059, 0.194 ± 0.041, and 0.021 ± 0.004 based on the observed versus expected number of homozygous genotypes, excess of homozygosity, correlation between uniting gametes, and runs of homozygosity (ROH), respectively. Signatures of selection based on multiple scenarios and methods (F<inf>ST</inf>, HapFLK, and ROH) revealed important genomic regions and candidate genes. The candidate genes identified are related to various biological processes and pathways such as heat-shock proteins, oxygen transport, anatomical traits, mitochondrial DNA maintenance, metabolic activity, feed intake, carcass conformation, fertility, and reproduction. This highlights the large number of biological processes involved in thermal tolerance and thus, the polygenic nature of climatic resilience. A comprehensive description of genetic diversity measures in Chinese cattle and YAK was carried out and compared to 24 worldwide cattle breeds to avoid potential biases. Numerous genomic regions under positive selection were detected using three signature of selection methods and candidate genes potentially under positive selection were identified. Enriched function analyses pinpointed important biological pathways, molecular function and cellular components, which contribute to a better understanding of the biological mechanisms underlying thermal tolerance in cattle. Based on the large number of genomic regions identified, thermal tolerance has a complex polygenic inheritance nature, which was expected considering the various mechanisms involved in thermal stress response. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As plantas de clematite desempenham um papel importante em jardins botânicos. O estresse térmico pode destruir a atividade, estado e conformação das proteínas vegetais, e sua via regulatória foi bem caracterizada em Arabidopsis e algumas plantas cultivadas. No entanto, o mecanismo de resposta à resistência ao calor em plantas horticulturais, incluindo Clematis, raramente foi relatado. Aqui, identificamos uma espécie de clematite tolerante ao calor, Clematis vitalba. A perda relativa de água e o vazamento eletrolítico foram significativamente menores sob tratamento térmico em Clematis vitalba em comparação com Stolwijk Gold. Genes diferencialmente expressos de tolerância ao calor (HTGs) foram identificados com base em análise de transcriptoma não paramétrica. Para validação, um fator de transcrição de choque térmico, CvHSF30-2, extremamente induzido por estímulos térmicos em Clematis vitalba, foi identificado como conferente de tolerância ao estresse térmico em Escherichia coli e Saccharomyces cerevisiae. Além disso, o silenciamento de HSF30-2 por silenciamento gênico induzido por vírus (VIGS) levou à sensibilidade ao calor em tabaco e clematite, sugerindo que os genes candidatos de resistência ao calor identificados nesta análise de RNA-seq são credíveis e oferecem utilidade significativa. Também descobrimos que CvHSF30-2 melhorou a tolerância ao calor de Clematis vitalba elevando a expressão de proteínas de choque térmico (HSP), que foi negativamente regulada por CvHSFB2a. Em conjunto, este estudo fornece insights sobre o mecanismo de tolerância ao calor em Clematis e as descobertas podem ser potencialmente aplicadas em plantas horticulturais para melhorar a eficiência econômica por meio de abordagens genéticas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Article one heat shock transcription factor confers high thermal tolerance in clematis plants: Clematis plants play an important role in botanical gardens. Heat stress can destroy the activity, state and conformation of plant proteins, and its regulatory pathway has been well characterized in Arabidopsis and some crop plants. However, the heat resistance response mechanism in horticultural plants including Clematis has rarely been reported. Here, we identified a heat‐tolerant clematis species, Clematis vitalba. The relative water loss and electrolytic leakage were significantly lower under heat treatment in Clematis vitalba compared to Stolwijk Gold. Differential expression heat‐tolerant genes (HTGs) were identified based on nonparametric transcriptome analysis. For validation, one heat shock transcription factor, CvHSF30‐2, extremely induced by heat stimuli in Clematis vitalba, was identified to confer tolerance to heat stress in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. Furthermore, silencing of HSF30‐2 by virus‐induced gene silencing (VIGS) led to heat sensitivity in tobacco and Clematis, suggesting that the candidate heat‐resistant genes identified in this RNA‐seq analysis are credible and offer significant utility. We also found that CvHSF30‐2 improved heat tolerance of Clematis vitalba by elevating heat shock protein (HSP) expression, which was negatively regulated by CvHSFB2a. Taken together, this study provides insights into the mechanism of Clematis heat tolerance and the findings can be potentially applied in horticultural plants to improve economic efficiency through genetic approaches. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ondas de calor marinhas e temperaturas extremamente altas tornaram-se mais frequentes e intensas nos últimos anos, o que afetou a sobrevivência de animais de aquicultura. O camarão branco de crista Exopalaemon carinicauda é uma espécie econômica importante no leste da China, que possui notável tolerância térmica. No entanto, houve poucos estudos sobre seus mecanismos de termoadaptação devido à estrutura genética complexa e genoma desconhecido. Para melhor compreender os mecanismos moleculares de E. carinicauda para se adaptar à temperatura em mudança, uma combinação de RNA-seq de leituras curtas baseado em Illumina e sequenciamento de transcriptoma de comprimento total baseado em tempo real de molécula única foi utilizada neste estudo. No total, 17.212 unigenes de transcritos de alta qualidade de E. carinicauda foram gerados e 14.663 ORFs completos foram detectados com um comprimento médio de 1980 bp. Além disso, os perfis de transcriptoma de E. carinicauda tratados com estresse térmico de 34 °C por 6 e 24 h foram analisados. Esses genes diferencialmente expressos foram primariamente enriquecidos no processo de oxidação-redução (enriquecimento de Ontologia Gênica, GO) e nas vias de metabolismo de amido e sacarose (enriquecimento de Enciclopédia de Genes e Genomas de Kyoto, KEGG) após 6 h de estresse térmico, o que indicou que E. carinicauda estava sofrendo o ataque por espécies reativas de oxigênio. Após 24 h de estresse térmico, esses genes diferencialmente expressos foram enriquecidos na via de lisossomo, metabolismo de glicina, serina e treonina, metabolismo de ácidos graxos (KEGG), o que indicou que o estresse oxidativo foi diminuído. Curiosamente, 40 genes para hemocianina foram encontrados reprimidos após 6 h de estresse térmico, o que indicou que a imunocompetência de E. carinicauda diminuiu após estresse térmico de curto prazo (6 h). Após 24 h de estresse térmico, E. carinicauda mostrou adaptação transcricional à alta temperatura pela regulação positiva de 11 genes codificando chaperonas moleculares, incluindo HSP40 e HSP90 que foram relatados pela primeira vez como relacionados ao estresse térmico em E. carinicauda. Esses resultados promovem uma melhor compreensão do mecanismo de termoadaptação de E. carinicauda. © 2020 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Full-length transcriptome sequences of ridgetail white prawn Exopalaemon carinicauda provide insight into gene expression dynamics during thermal stress: Marine heat waves and extreme high temperature become more frequent and intense in these years, which affected the survival of aquaculture animals. The ridgetail white prawn Exopalaemon carinicauda is an important economic species in eastern China, which has remarkable thermal tolerance. However, there has been little study of its thermal-adaptation mechanisms due to the complex genetic structure and unknown genome. To better understand the molecular mechanisms of E. carinicauda to adapt to the changing temperature, a combination of Illumina-based short reads RNA-seq and single molecule real-time-based full-length transcriptome sequencing was used in this study. In total, 17,212 unigenes from high-quality transcripts of E. carinicauda were generated and 14,663 complete ORFs were detected with an average length of 1980 bp. In addition, the transcriptome profiles of E. carinicauda treated with 34 °C heat stress for 6 and 24 h were analyzed. These differentially expressed genes were primarily enriched in oxidation-reduction process (Gene Ontology enrichment, GO) and the pathways of starch and sucrose metabolism (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes enrichment, KEGG) after 6 h thermal stress, which indicated that E. carinicauda was suffering the attack by reactive oxygen species. After 24 h thermal stress, these differentially expressed genes were enriched in the pathway of lysosome, glycine, serine and threonine metabolism, fatty acid metabolism (KEGG), which indicated the oxidative stress was decreased. Interestingly, 40 genes for hemocyanin were found to be downregulated after 6 h heat stress, which indicated that the immunocompetence of E. carinicauda decreased after short term thermal stress (6 h). After 24 h thermal stress, E. carinicauda showed transcriptional adaptation to high temperature by upregulating of 11 genes encoding molecular chaperones, including HSP40 and HSP90 which were firstly reported to be related to thermal stress in E. carinicauda. These results promote a better understanding of the thermal-adaptation mechanism of E. carinicauda. © 2020 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento da temperatura da água do mar tem resultado em eventos de branqueamento em massa de corais globalmente. Acropora tenuis, a espécie de coral hermatípico dominante no sul do Japão, foi exposta a quatro tratamentos de temperatura [28 °C, 30 °C, 32 °C e >32 (=33,3 °C)] por 7 dias. A cor do coral foi convertida para valores R (vermelho), G (verde) e B (azul), cada um variando de 0 (mais escuro) a 255 (mais brilhante). Os valores RGB expostos a 28 °C e 30 °C diminuíram ligeiramente, enquanto os expostos a 32 °C aumentaram significativamente após os dias 3-6, e os expostos a 33,3 °C mudaram para branco dentro de 2 dias. A análise quantitativa por RT-PCR não revelou mudanças significativas nas proteínas de choque térmico em Acropora e dinoflagelados simbiontes a 28 °C e 30 °C após exposição de 7 dias. Nossos achados revelaram que 30 °C, superior à temperatura média do mês mais quente no sul do Japão, foi uma temperatura habitável para A. tenuis. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of the hermatypic coral Acropora tenuis elucidated by RGB analysis and expression of heat shock proteins in coral and symbiotic dinoflagellates: Increased seawater temperature has resulted in mass coral bleaching events globally. Acropora tenuis, the dominant hermatypic coral species in southern Japan, was exposed to four temperature treatments [28 °C, 30 °C, 32 °C, and >32 (=33.3 °C)] for 7 d. The coral colour was converted to R (red), G (green), and B (blue) values, each ranging from 0 (darkest) to 255 (brightest). RGB values exposed to 28 °C and 30 °C decreased slightly, whereas those exposed to 32 °C increased significantly after day 3–6, and those exposed to 33.3 °C changed to white within 2 d. Quantitative RT-PCR analysis revealed no significant changes in heat shock proteins in Acropora and symbiotic dinoflagellates at 28 °C and 30 °C after a 7 d exposure. Our findings revealed that 30 °C, higher than the mean temperature of the warmest month in southern Japan, was an inhabitable temperature for A. tenuis. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura da água é o fator mais importante na piscicultura, uma vez que mudanças na temperatura da água causam estresse fisiológico em peixes. Houve poucos estudos sobre respostas fisiológicas a altas temperaturas, que variam com o envelhecimento. Este estudo investigou as respostas de juvenis e adultos de Platichthys stellatus ao estresse térmico. Os níveis plasmáticos de cortisol, glicose, lactato e lisozima, atividades de enzimas antioxidantes e expressão de proteínas de choque térmico 70 e 90 (HSP70 e HSP90) de P. stellatus foram determinados nas temperaturas da água de 16, 20, 24, 28 e 30°C. Como resultado, confirmou-se que vários parâmetros plasmáticos de adultos foram significativamente maiores que os de juvenis sob estresse térmico. Os níveis plasmáticos de cortisol e glicose de adultos aumentaram mais que os de juvenis a 24 e 28°C. O nível de lactato plasmático de adultos foi maior que o de juvenis a 28°C. Comparações de sobrevivência e mudanças fisiológicas mostraram que juvenis têm melhor tolerância térmica, resultando em maior taxa de sobrevivência cumulativa. Além disso, a relação entre tolerância térmica e expressão de genes HSP revelou que a expressão de HSP70 e HSP90 foi significativamente aumentada a 28°C em ambos os peixes juvenis e adultos, e a expressão de HSP70 foi significativamente maior em peixes juvenis do que em peixes adultos. Julga-se que a atividade de HSP70 dos adultos foi menor que a dos juvenis, portanto a demanda por parâmetros plasmáticos para resposta ao calor foi relativamente alta, enquanto a atividade de HSP70 dos juvenis aumentou a 24 e 28°C, indicando um valor relativamente estável dos parâmetros plasmáticos. Estes resultados indicam que a tolerância térmica de peixes juvenis é maior que a de peixes adultos, com base nas diferenças nos parâmetros plasmáticos e expressão de HSP. Estes achados melhoram nossa compreensão das mudanças relacionadas à idade em P. stellatus durante o estresse térmico e podem ajudar a orientar o manejo de pisciculturas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A comparison of the physiological responses to heat stress of juvenile and adult starry flounder (Platichthys stellatus): Water temperature is the most important factor in fish farming as changes in water temperature cause physiological stress in fish. There have been few studies on physiological responses to high temperatures, which vary with aging. This study investigated the responses of juvenile and adult Platichthys stellatus to heat stress. Plasma cortisol, glucose, lactate, and lysozyme levels, antioxidant enzyme activities, and expression of heat shock proteins 70 and 90 (HSP70 and HSP90) of P. stellatus were determined at water temperatures of 16, 20, 24, 28, and 30°C. As a result, it was confirmed that several plasma parameters of adult were significantly higher than that of juvenile under heat stress. Plasma cortisol and glucose levels of adult were increased than juvenile at 24 and 28°C. Plasma lactate level of adult were higher than that of juvenile at 28°C. Comparisons of survival and physiological changes showed that juveniles have better thermal tolerance, resulting in a higher cumulative survival rate. Moreover, the relationship between thermal tolerance and HSP gene expression revealed that expression of HSP70 and HSP90 was significantly upregulated at 28°C in both juvenile and adult fish, and HSP70 expression was significantly higher in juvenile fish than in adult fish. It is judged that the adult's HSP70 activity was lower than juvenile, so the demand for plasma parameters for heat response was relatively high, whereas juvenile's HSP70 activity increased at 24 and 28°C, indicating a relatively stable value of plasma parameters. These results indicate that the thermal tolerance of juvenile fish is greater than that of adult fish, based on the differences in plasma parameters and HSP expression. These findings improve our understanding of age-related changes in P. stellatus during thermal stress and may help guide the management of fish farms. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico de 70kDa (HSP70s) e suas co-chaperonas DNAJs são chaperonas moleculares ubíquas, que funcionam como a "máquina HSP70/DNAJ" em uma miríade de processos biológicos. Atualmente, várias HSP70s foram classificadas em muitas espécies, mas estudos sobre DNAJs, especialmente em insetos, são escassos. Aqui, nós primeiro identificamos e caracterizamos sistematicamente os membros das famílias HSP70 e DNAJ na cigarrinha-marrom (BPH), Nilaparvata lugens, uma praga destrutiva do arroz na Ásia. Um total de nove genes HSP70 e 31 genes DNAJ foram identificados no genoma da BPH. Análises de sequência e filogenéticas revelaram a alta diversidade da família NlDNAJ. Adicionalmente, a análise de expressão espaço-temporal mostrou que a maioria dos genes NlHSP70 e NlDNAJ foram altamente expressos na fase adulta e nas gônadas. Além disso, a interferência por RNA (RNAi) revelou que sete NlHSP70s e 10 NlDNAJs desempenham papéis indispensáveis no desenvolvimento ninfal, ovogênese e fertilidade feminina de N. lugens sob condições fisiológicas de crescimento; adicionalmente, uma HSP70 (NlHSP68) foi considerada importante na tolerância térmica dos ovos. Juntos, nossos resultados neste estudo lançam mais luz sobre os papéis biológicos de HSP70/DNAJ na regulação do ciclo de vida, no enfrentamento de estresses ambientais e na mediação das interações dentro, ou entre, as duas famílias gênicas em insetos. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

HSP70/DNAJ family of genes in the brown planthopper, Nilaparvata lugens: Diversity and function: Heat shock 70kDa proteins (HSP70s) and their cochaperones DNAJs are ubiquitous molecular chaperones, which function as the “HSP70/DNAJ machinery” in a myriad of biological pro-cesses. At present, a number of HSP70s have been classified in many species, but studies on DNAJs, especially in insects, are lacking. Here, we first systematically identified and characterized the HSP70 and DNAJ family members in the brown planthopper (BPH), Nilaparvata lugens, a destructive rice pest in Asia. A total of nine HSP70 and 31 DNAJ genes were identified in the BPH genome. Sequence and phylogenetic analyses revealed the high diversity of the NlDNAJ family. Addition-ally, spatio‐temporal expression analysis showed that most NlHSP70 and NlDNAJ genes were highly expressed in the adult stage and gonads. Furthermore, RNA interference (RNAi) revealed that seven NlHSP70s and 10 NlDNAJs play indispensable roles in the nymphal development, oo-genesis, and female fertility of N. lugens under physiological growth conditions; in addition, one HSP70 (NlHSP68) was found to be important in the thermal tolerance of eggs. Together, our results in this study shed more light on the biological roles of HSP70/DNAJ in regulating life cycle, coping with environmental stresses, and mediating the interactions within, or between, the two gene fam-ilies in insects. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) merece atenção como vetor de transmissão dominante do nematoide do pinheiro, e exibe tolerância a altas temperaturas. Os membros da família da proteína de choque térmico 70 (HSP70), incluindo a HSP70 induzível e a proteína congênere de choque térmico 70 (HSC70), são os principais contribuintes para as redes de chaperonas moleculares de insetos sob estresse térmico. Neste aspecto, nós especificamente clonamos e caracterizamos três MaltHSP70s e três MaltHSC70s. A análise de bioinformática das sequências de aminoácidos deduzidas mostrou que estes genes, tendo relações genéticas próximas com HSP70s de espécies de Coleoptera, compartilhavam coletivamente estruturas de assinatura conservadas e domínios de ATPase. A previsão de localização subcelular revelou que as HSP70s de M. alternatus estavam localizadas não apenas no citoplasma e retículo endoplasmático, mas também no núcleo e mitocôndrias. Os níveis de transcrição de MaltHSP70s e MaltHSC70s em cada estado foram significativamente aumentados pela exposição a 35-50°C por 3 horas iniciais, enquanto MaltHSP70s atingiram um pico após exposição a 45°C por 2-3 horas em contraste com MaltHSC70s menos reguladas. Em termos de MaltHSP70s, o limiar de expressão em fêmeas foi menor do que em machos. Além disso, tanto os corpos gordurosos quanto os túbulos de Malpighi foram os tecidos mais sensíveis ao estresse térmico em larvas de M. alternatus. Por fim, a atividade de ATPase da MaltHSP70-2 recombinante in vitro permaneceu estável a 25-40°C, e esta recombinante aumentou efetivamente a termotolerância de Escherichia coli. No geral, nossos achados desvendaram que HSP70s podem ser os mediadores intrínsecos da forte tolerância ao calor de M. alternatus devido à sua estrutura e bioatividade estabilizadas. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization, expression profiling, and thermal tolerance analysis of heat shock protein 70 in pine sawyer beetle, Monochamus alternatus hope (Coleoptera: Cerambycidae): Monochamus alternatus Hope (Coleoptera: Cerambycidae) warrants attention as a dominant transmission vector of the pinewood nematode, and it exhibits tolerance to high temperature. Heat shock protein 70 (HSP70) family members, including inducible HSP70 and heat shock cognate protein 70 (HSC70), are major contributors to the molecular chaperone networks of insects under heat stress. In this regard, we specifically cloned and characterized three MaltHSP70s and three MaltHSC70s. Bioinformatics analysis on the deduced amino acid sequences showed these genes, having close genetic relationships with HSP70s of Coleopteran species, collectively shared conserved signature structures and ATPase domains. Subcellular localization prediction revealed the HSP70s of M. alternatus were located not only in the cytoplasm and endoplasmic reticulum but also in the nucleus and mitochondria. The transcript levels of MaltHSP70s and MaltHSC70s in each state were significantly upregulated by exposure to 35-50°C for early 3 h, while MaltHSP70s reached a peak after exposure to 45°C for 2-3 h in contrast to less-upregulated MaltHSC70s. In terms of MaltHSP70s, the expression threshold in females was lower than that in males. Also, both fat bodies and Malpighian tubules were the tissues most sensitive to heat stress in M. alternatus larvae. Lastly, the ATPase activity of recombinant MaltHSP70-2 in vitro remained stable at 25-40°C, and this recombinant availably enhanced the thermotolerance of Escherichia coli. Overall, our findings unraveled HSP70s might be the intrinsic mediators of the strong heat tolerance of M. alternatus due to their stabilized structure and bioactivity. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Na natureza, o ambiente não permanece constante, mas oscila periodicamente de modo que a temperatura aumenta durante o dia e diminui à noite, o que gera um termociclo diário. Os efeitos dos termociclos na tolerância térmica foram previamente descritos em peixes. No entanto, o impacto dos termociclos nas respostas térmicas dependentes do período do dia e os mecanismos de expressão dos ritmos diários de tolerância e sensibilidade à temperatura permanecem pouco compreendidos. Este estudo investiga os efeitos de duas condições de criação: constante (26 °C, C) versus um termociclo diário (28 °C durante o dia; 24 °C à noite, T) na resposta de tolerância térmica em zebrafish. A tolerância térmica (mortalidade) foi avaliada em larvas de zebrafish com 4 dpf (dias pós-fertilização) após choque térmico agudo (39 °C por 1 h) em dois pontos temporais: meio da fase clara (ML) ou meio da fase escura (MD). As respostas ao estresse térmico foram avaliadas em zebrafish adultos após um desafio a 37 °C por 1 h em ML ou MD para examinar a expressão da proteína de choque térmico (HSP) (hsp70, hsp90ab1, grp94, hsp90aa1, hspb1, hsp47, cirbp) e dos canais de potencial receptor transitório (TRP) (trpv4, trpm4a, trpm2, trpa1b) no cérebro. Finalmente, os ritmos diários de expressão gênica das HSPs e TRPs foram medidos a cada 4 h durante 24 h. Os resultados revelaram que as taxas de mortalidade larval e a indução da expressão da maioria das HSPs no cérebro de zebrafish adultos atingiram os valores mais altos em peixes criados sob temperatura constante e submetidos ao choque térmico em MD. A expressão da maioria das HSPs e TRPs foi principalmente sincronizada com o ciclo claro/escuro (LD), independentemente do regime de temperatura. A maioria das HSPs envolvidas em desafios hipertérmicos exibiu ritmos diurnos com suas acrofases em fase com as acrofases das termoTRPs de sensibilidade ao calor. A trpa1b de sensibilidade ao frio atingiu o pico na segunda metade do período claro e deslocou-se ligeiramente para a fase escura, antecipando a acrofase da cirbp, que está envolvida em desafios hipotérmicos. Esses achados indicaram que: a) os choques térmicos são melhor tolerados durante o dia; b) a implementação de termociclos diários durante o desenvolvimento larval reduz a mortalidade e a expressão celular de estresse das HSPs a um estresse térmico agudo em MD; c) os ritmos diários precisam ser considerados ao discutir as respostas fisiológicas de sensibilidade térmica e termotolerância em zebrafish. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Rearing temperature conditions (constant vs. thermocycle) affect daily rhythms of thermal tolerance and sensing in zebrafish: In the wild, the environment does not remain constant, but periodically oscillates so that temperature rises in the daytime and drops at night, which generates a daily thermocycle. The effects of thermocycles on thermal tolerance have been previously described in fish. However, the impact of thermocycles on daytime-dependent thermal responses and daily rhythms of temperature tolerance and sensing expression mechanisms remain poorly understood. This study investigates the effects of two rearing conditions: constant (26 °C, C) versus a daily thermocycle (28 °C in the daytime; 24 °C at night, T) on the thermal tolerance response in zebrafish. Thermal tolerance (mortality) was assessed in 4dpf (days post fertilization) zebrafish larvae after acute heat shock (39 °C for 1 h) at two time points: middle of the light phase (ML) or middle of the dark phase (MD). Thermal stress responses were evaluated in adult zebrafish after a 37 °C challenge for 1 h at ML or MD to examine the expression of the heat-shock protein (HSP) (hsp70, hsp90ab1, grp94, hsp90aa1, hspb1, hsp47, cirbp) and transient receptor potential (TRP) channels (trpv4, trpm4a, trpm2, trpa1b) in the brain. Finally, the daily rhythms of gene expression of HSPs and TRPs were measured every 4 h for 24 h. The results revealed the larval mortality rates and the expression induction of most HSPs in adult zebrafish brain reached the highest values in fish reared under constant temperature and subjected to thermal shock at MD. The expression of most HSPs and TRPs was mainly synchronized to the light/dark (LD) cycle, regardless of the temperature regime. Most HSPs involved in hyperthermic challenges displayed diurnal rhythms with their acrophases in phase with warm-sensing thermoTRPs acrophases. The cold-sensing trpa1b peaked in the second half of the light period and slightly shifted toward the dark phase anticipating the acrophase of cirpb, which is involved in hypothermic challenges. These findings indicated that: a) thermal shocks are best tolerated in the daytime; b) the implementation of daily thermocycles during larval development reduces mortality and stress-cellular expression of HSPs to an acute thermal stress at MD; c) daily rhythms need to be considered when discussing physiological responses of thermal sensing and thermotolerance in zebrafish. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Ártico está experimentando taxas particularmente rápidas de aquecimento, consequentemente espécies boreais invasoras agora são capazes de sobreviver às temperaturas menos extremas do inverno ártico. Embora a persistência de espécies intertidais e terrestres no Ártico seja primariamente determinada por sua capacidade de tolerar os invernos congelantes, as temperaturas do ar no verão ártico podem atingir 36 °C na zona intertidal, o que está além dos limites térmicos superiores de muitas espécies marinhas. Isto é normalmente letal para o conspicuo engenheiro do ecossistema Mytilus edulis. Análises transcriptômicas foram realizadas em animais coletados in situ e experimentalmente aquecidos para entender se M. edulis é capaz de tolerar estas temperaturas de verão muito altas. Surpreendentemente, não houve enriquecimento significativo de termos da Ontologia Gênica (GO) ao comparar os animais intertidais do interior e exterior do fiorde com animais subtidais do exterior do fiorde (controle), representando animais coletados a 27 °C, 19 °C e 3 °C respectivamente. Esta falta de diferenciação indicou uma ampla capacidade de aclimatação nesta espécie. Por outro lado, enriquecimento significativo para processos como transdução de sinal, citoesqueleto e modificação de proteínas celulares foi identificado nos perfis de expressão dos animais experimentalmente aquecidos a 22 °C e 32 °C. Esta diferença na expressão gênica entre animais coletados in situ e experimentalmente aquecidos foi quase certamente devido aos primeiros estarem aclimatados a um regime de temperatura flutuante, mas previsível, que aumentou suas tolerâncias térmicas. Interessantemente, não houve evidência de enriquecimento da resposta clássica ao estresse celular em nenhum dos animais amostrados. A identificação de uma expansão massiva da família gênica da proteína de choque térmico HSPA12 de 70 kDa apresentou a possibilidade destes genes atuarem como reguladores intertidais sustentando a resiliência térmica. Esta expansão resultou em uma resposta celular ao estresse modificada, como uma adaptação evolutiva ao rigor do estilo de vida intertidal invasor. Assim, M. edulis parece ter capacidade considerável para suportar as taxas atuais de aquecimento do Ártico, e a muito grande variação térmica concomitante. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Resilience in Greenland intertidal Mytilus: The hidden stress defense: The Arctic is experiencing particularly rapid rates of warming, consequently invasive boreal species are now able to survive the less extreme Arctic winter temperatures. Whilst persistence of intertidal and terrestrial species in the Arctic is primarily determined by their ability to tolerate the freezing winters, air temperatures in the Arctic summer can reach 36 °C in the intertidal, which is beyond the upper thermal limits of many marine species. This is normally lethal for the conspicuous ecosystem engineer Mytilus edulis. Transcriptomic analyses were undertaken on both in situ collected and experimentally warmed animals to understand whether M. edulis is able to tolerate these very high summer temperatures. Surprisingly there was no significant enrichment for Gene Ontology terms (GO) when comparing the inner and outer fjord intertidal animals with outer fjord subtidal (control) animals, representing animals collected at 27 °C, 19 °C and 3 °C respectively. This lack of differentiation indicated a wide acclimation ability in this species. Conversely, significant enrichment for processes such as signal transduction, cytoskeleton and cellular protein modification was identified in the expression profiles of the 22 °C and 32 °C experimentally heated animals. This difference in gene expression between in situ collected and experimentally warmed animals was almost certainly due to the former being acclimated to a fluctuating, but predictable, temperature regime, which has increased their thermal tolerances. Interestingly, there was no evidence for enrichment of the classical cellular stress response in any of the animals sampled. Identification of a massive expansion of the HSPA12 heat shock protein 70 kDa gene family presented the possibility of these genes acting as intertidal regulators underpinning thermal resilience. This expansion has resulted in a modified cellular stress response, as an evolutionary adaptation to the rigour of the invasive intertidal life style. Thus, M. edulis appear to have considerable capacity to withstand the current rates of Arctic warming, and the very large attendant thermal variation. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

O pulgão-do-trigo-russo Diuraphis noxia (Kurdjumov) e o pulgão-do-melão Aphis gossypii Glover são conhecidos como espécies ativas no inverno e verão, respectivamente. Hipotetiza-se que as diferenças nas atividades sazonais dos pulgões podem estar relacionadas à sua resposta a temperaturas extremas e diferentes mecanismos fisiológicos. Para estudar as variações na tolerância térmica dos pulgões e o modo de sua base fisiológica, eles foram aclimatados ao frio a 20, 15, 10, 5 e 0 °C por 168 h (7 dias) e aclimatados ao calor a 20, 25, 30 °C por 168 h e 35 °C por 48 h. Ao final de cada regime térmico, a sobrevivência em temperaturas baixas e altas foi determinada, e mudanças em açúcares e polióis e na proteína de choque térmico 70 (Hsp70) foram investigadas. D. noxia foi mais tolerante ao frio, enquanto A. gossypii foi um inseto mais tolerante ao calor. O tipo e padrão de açúcares e polióis foram similares em ambas as espécies sob aclimatação ao frio (ACC) e aclimatação ao calor (HCC). Em ambas as espécies, glicose e manitol foram os principais compostos identificados envolvidos na tolerância ao frio e calor. Entretanto, elas mostraram padrões diferentes de nível de Hsp70, com D. noxia tendo um nível mais alto de Hsp70 sob ACC e A. gossypii tendo um nível mais alto de Hsp70 sob HCC. Estes resultados demonstraram que suas diferenças na tolerância térmica podem explicar as atividades sazonais dos pulgões. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance variations and physiological adjustments in a winter active and a summer active aphid species: The Russian wheat aphid Diuraphis noxia (Kurdjumov) and melon aphid Aphis gossypii Glover are known as winter and summer active species, respectively. It is hypothesized that differences in the aphids’ seasonal activities might be related to their response to temperature extremes and different physiological mechanisms. To study the aphids’ thermal tolerance variations and mode of their physiological basis, they were cold acclimated at 20, 15, 10, 5, and 0 °C for 168 h (7 days) and heat acclimated at 20, 25, 30 °C for 168 h and 35 °C for 48 h. At the end of each thermal regime, survival at low and high temperatures was determined, and changes in sugars and polyols and heat shock protein 70 (Hsp70) were investigated. D. noxia was more cold-tolerant, while A. gossypii was a more heat-tolerant insect. The type and pattern of sugars and polyols were similar in both species under cold acclimation (ACC) and heat acclimation (HCC). In both species, glucose and mannitol were the major identified compounds involved in cold and heat tolerance. However, they showed different patterns of Hsp70 level, with D. noxia having a higher level of Hsp70 under ACC and A. gossypii having a higher level of Hsp70 under HCC. These results demonstrated that their differences in thermal tolerance might explain the seasonal activities of the aphids. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Recifes tropicais de águas rasas são amplamente ameaçados pelo aquecimento oceânico antropogênico que às vezes excede seu limite de tolerância térmica. Atualmente, prevê-se que a maioria dos recifes desaparecerá completamente se as emissões de CO₂ continuarem na taxa atual. No entanto, certas espécies são termicamente resilientes e podem se adaptar rapidamente a eventos anômalos de estresse térmico alterando a expressão de genes relacionados ao estresse térmico, conhecido como plasticidade da expressão gênica. Aqui, examinamos a expressão de genes-chave (ou seja, proteínas de choque térmico, estresse oxidativo, resposta imune, transporte iônico, apoptose, anti-apoptose) no coral escleractínio submassivo Porites harrisoni e o gene do citocromo P450 de seus simbiontes algas coletados do nordeste do Golfo Pérsico durante períodos quentes (agosto) e frios (dezembro). O potencial de recuperação do estresse térmico severo em agosto foi adicionalmente examinado através do transplante de fragmentos de coral parcialmente branqueados de um local raso (~ 2,5 m) para um local mais profundo (~ 9 m), próximo a colônias da mesma espécie experimentando muito menos estresse térmico. Para avaliar a capacidade de aclimatação, vários fragmentos de coral saudáveis de profundidade (~ 9 m) foram transplantados para o local raso (~ 2,5 m) experimentando estresse térmico severo. Uma regulação positiva significativa de proteínas de choque térmico em resposta ao estresse térmico foi encontrada e identificada como o principal mecanismo de defesa contra o branqueamento induzido por estresse térmico. Em conjunto com a regulação negativa do gene apoptótico, o gene de resposta imune nas amostras de aclimatação mostrou regulação positiva pronunciada, indicando alta compatibilidade dos corais profundos com mudanças térmicas. Nas amostras de recuperação, a expressão dos genes estudados foi semelhante à expressão de amostras que sofreram muito menos estresse térmico, o que implica que estavam totalmente recuperadas. A expressão do gene do citocromo P450 não mostrou alterações significativas em todos os experimentos. No geral, os achados sugerem que P. harrisoni no Golfo Pérsico é uma espécie termotolerante em comparação com espécies equivalentes em outras partes do mundo e pode ser classificada como um coral termicamente resiliente. Assim, transplantar P. harrisoni em regiões quentes, onde corais nativos foram submetidos à mortalidade impulsionada pelas mudanças climáticas, pode manter a comunidade coralina sob cenários de aquecimento global intensificado. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The enhanced expression of heat stress-related genes in scleractinian coral ‘Porites harrisoni’ during warm episodes as an intrinsic mechanism for adaptation in ‘the Persian Gulf’: Shallow water tropical reefs are widely threatened by anthropogenic ocean warming which sometimes exceeds their thermal tolerance limit. The majority of reefs have been currently predicted to entirely disappear if CO<inf>2</inf> emissions continue at the present rate. However, certain species are thermally resilient and can quickly adapt to anomalous thermal stress events by altering the expression of heat stress-related genes, known as gene expression plasticity. Here, we examined the expression of key genes (i.e., heat-shock proteins, oxidative stress, immune response, ion transport, apoptosis, anti-apoptosis) in the scleractinian submassive coral Porites harrisoni and cytochrome P450 gene of its algal symbionts collected from the northeastern Persian Gulf during warm (August) and cold (December) periods. The potential for recovery from severe heat stress in August was additionally examined through transplantation of partially bleached coral fragments from shallow (~ 2.5 m) to a deeper site (~ 9 m), close to colonies of the same species experiencing much less heat stress. To evaluate the acclimation capability, several healthy deep (~ 9 m) coral fragments were transplanted to the shallow (~ 2.5 m) site experiencing severe heat stress. A significant upregulation of heat-shock proteins in response to heat stress was found and identified as the primary defense mechanism against heat stress-induced bleaching. In conjunction with the apoptotic gene downregulation, the immune response gene in acclimation samples showed pronounced upregulation, indicating high compatibility of deep corals to thermal changes. In recovery samples, the expression of the studied genes was similar to the expression of samples that underwent much less heat stress, which implies they were fully recovered. The expression of the cytochrome P450 gene showed no significant changes in all experiments. Overall, the findings suggest that P. harrisoni in the Persian Gulf is a thermal-tolerant species compared with counterpart species elsewhere in the world and can be classified as a thermally resilient coral. Thus, transplanting P. harrisoni in warm regions, where native corals have been subjected to climate change-driven mortality, might maintain the coral community under enhanced global warming scenarios. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura de aclimatação é crucial para a otimização das condições na aquicultura; investigamos experimentalmente os efeitos da aclimatação térmica na tolerância térmica, desempenho de crescimento e níveis de expressão gênica das proteínas de choque térmico (hsp70), hormônio do crescimento (gh) e fatores de crescimento semelhantes à insulina (igf-1) em Schizothorax prenanti, um peixe de água fria da bacia do Rio Yangtzé. Temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>), temperatura crítica mínima (CT<inf>min</inf>), temperatura letal máxima (LT<inf>max</inf>), temperatura letal mínima (LT<inf>min</inf>), ingestão alimentar (FI), eficiência alimentar (FE) e taxa de crescimento específico (SGR) foram avaliadas em três temperaturas estáveis (17, 22 e 27 °C) e uma temperatura variável (22 ± 5 °C) por 28 dias. Melhor desempenho de crescimento foi observado sob tratamento variável em comparação com tratamentos estáveis. No entanto, peixes sob tratamento a 27 °C exibiram desempenho de crescimento muito mais fraco do que aqueles no tratamento a 17 °C. Peixes sob tratamento de temperatura variável alimentaram-se como aqueles sob tratamento a 22 °C; os peixes exibiram SGR similar, mas níveis mais elevados de gh e hsp70 sob tratamento de temperatura variável. Isso pode ser devido em parte a um compromisso de gasto energético para lidar com a flutuação de temperatura. Juntos, esses achados sugerem que juvenis de Schizothorax prenanti são resilientes a flutuações diárias dentro da temperatura testada aqui. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of acclimation temperature regime on the thermal tolerance, growth performance and gene expression of a cold-water fish, Schizothorax prenanti: Acclimation temperature is crucial for the optimization of a condition in aquaculture; we experimentally investigated the effects of temperature acclimation on the thermal tolerance, growth performance and gene expression levels of heat shock proteins (hsp70), growth hormone (gh) and insulin-like growth factors (igf-1) in Schizothorax prenanti, a cold-water fish in the Yangtze River basin. Critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), critical thermal minimum (CT<inf>min</inf>), lethal thermal maximum (LT<inf>max</inf>), lethal thermal minimum (LT<inf>min</inf>), feeding intake (FI), feeding efficiency (FE), and specific growth rate (SGR) were assessed at three stable temperatures (17, 22 and 27 °C) and one variable temperature (22 ± 5 °C) for 28 d. Better growth performance was observed under variable treatment compared to stable treatments. However, fish under the 27 °C treatment exhibited much weaker growth performance than those in the 17 °C treatment. Fish under variation temperature treatment fed like those under 22 °C treatment; the fish exhibited similar SGR but a higher gh and hsp70 level under variation temperature treatment. This may be due in part to a trade-off energy expenditure to deal with the temperature fluctuation. Together, these findings suggest that juvenile Schizothorax prenanti are resilient to daily fluctuations within the temperature tested here. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Impactos negativos em anfíbios têm sido relatados devido à contaminação por agroquímicos. No entanto, até agora, nenhum estudo testou o efeito do fungicida mancozebe (MZ) na tolerância térmica e sua relação com a expressão de proteínas de choque térmico (HSPs). MZ é o fungicida de amplo espectro mais vendido no mundo, que afeta negativamente organismos não-alvo. Aqui, testamos pela primeira vez os efeitos do MZ no máximo térmico crítico (CTmax) e sua relação com a expressão da proteína de choque térmico 70 (HSP70) em girinos de Physalaemus henselii, uma espécie adaptada a climas mais frios no extremo sul da região Neotropical. Foi utilizada uma concentração subletal de 2 mg/L. Descobrimos que o CTmax do grupo tratado com MZ foi menor que o do grupo controle. Além disso, houve um aumento na expressão de HSP70 em girinos expostos ao MZ e em girinos que passaram por tratamento térmico. No entanto, girinos submetidos ao MZ e ao tratamento térmico não apresentaram expressão proteica de HSP70 induzida. Nossos resultados demonstraram que doses subletais do fungicida MZ afetaram negativamente a fisiologia térmica e a expressão de proteínas de choque térmico em girinos de P. henselii, induzindo um aumento na concentração de HSP70 e reduzindo o CTmax suportado pelos girinos. É importante compreender a relação entre contaminação ambiental e limites térmicos fisiológicos em nosso cenário atual de altas taxas de conversão de habitat associadas ao uso irrestrito de agroquímicos, bem como as desafiadoras mudanças ambientais induzidas pelo aquecimento global. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of mancozeb on heat Shock protein 70 (HSP70) and its relationship with the thermal physiology of Physalaemus henselii (Peters, 1872) tadpoles (Anura: Leptodactylidae): Negative impacts on amphibians have been reported due to contamination by agrochemicals. However, until now, no study has tested the effect of the fungicide mancozeb (MZ) on thermal tolerance and its relationship with the expression of heat shock proteins (HSPs). MZ is the best-selling broad-spectrum fungicide in the world, which negatively affects non-target organisms. Here, we tested for the first time the effects of MZ on critical thermal maximum (CTmax) and its relationship to the expression of heat shock protein 70 (HSP70) in tadpoles of Physalameus henselii, a colder-adapted species in southernmost of the Neotropical region. A sublethal concentration of 2 mg/L was used. We found that the CTmax of the MZ-treated group was lower than that of the control group. In addition, there was an increase in HSP70 expression in tadpoles exposed to MZ and in tadpoles that underwent heat treatment. However, tadpoles subjected to MZ and heat treatment showed no induced HSP70 protein expression. Our results demonstrated that sublethal doses of the fungicide MZ negatively affected the thermal physiology and heat shock protein expression in tadpoles of P. henselii by inducing an increase in HSP70 concentration and by reducing the critical CTmax supported by tadpoles. It is important to understand the relationship between environmental contamination and physiological thermal limits in our current scenario of high rates of habitat conversion associated with unrestricted use of agrochemicals, as well as the challenging environmental changes induced by global warming. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Monitorar variações em proteínas envolvidas em processos metabólicos, respostas ao estresse oxidativo, sinalização celular e homeostase proteica é uma ferramenta poderosa para desenvolver hipóteses sobre como variações ambientais afetam a fisiologia e biologia de organismos marinhos. De acordo com a hipótese da tolerância térmica limitada por oxigênio e capacidade, mecanismos de aclimatação térmica, como ajustar as atividades de enzimas do metabolismo intermediário e dos mecanismos de defesa antioxidante, induzir proteínas de choque térmico (Hsps) ou ativar quinases ativadas por mitógenos, podem deslocar as janelas de tolerância. Poucos estudos, no entanto, investigaram as respostas moleculares, bioquímicas e organísmicas dos peixes a variações sazonais de temperatura no campo para vinculá-las a descobertas laboratoriais. A investigação dos impactos do aquecimento global em peixes cultivados em mar aberto pode fornecer um trampolim para entender os efeitos em populações selvagens, pois eles experimentam flutuações ambientais semelhantes. Nos últimos 30 anos, o cultivo da dourada Sparus aurata (Linnaeus 1758) tornou-se difundido ao longo da costa do Mediterrâneo, tornando esta espécie um estudo de caso útil. Com base nas informações disponíveis, as variações sazonais predominantes de temperatura expõem a espécie aos limites superior e inferior de sua faixa térmica. Evidências disso incluem restrição de oxigênio, alimentação reduzida, responsividade reduzida a estímulos ambientais, além de uma série de indicadores moleculares e bioquímicos que mudam ao longo da faixa térmica. Além disso, relações estreitas entre vias bioquímicas e padrões sazonais de metabolismo indicam uma conexão entre demanda energética e processos metabólicos por um lado, e respostas celulares ao estresse, como estresse oxidativo, inflamação e autofagia, por outro. Compreender as respostas fisiológicas a flutuações de temperatura em peixes cultivados em mar aberto pode fornecer informações básicas cruciais para a conservação e gestão bem-sucedida dos recursos aquícolas face às mudanças globais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Advances in understanding the impacts of global warming on marine fishes farmed offshore: Sparus aurata as a case study: Monitoring variations in proteins involved in metabolic processes, oxidative stress responses, cell signalling and protein homeostasis is a powerful tool for developing hypotheses of how environmental variations affect marine organisms' physiology and biology. According to the oxygen- and capacity-limited thermal tolerance hypothesis, thermal acclimation mechanisms such as adjusting the activities of enzymes of intermediary metabolism and of antioxidant defence mechanisms, inducing heat shock proteins (Hsps) or activating mitogen-activated protein kinases may all shift tolerance windows. Few studies have, however, investigated the molecular, biochemical and organismal responses by fishes to seasonal temperature variations in the field to link these to laboratory findings. Investigation of the impacts of global warming on fishes farmed offsore, in the open sea, can provide a stepping stone towards understanding effects on wild populations because they experience similar environmental fluctuations. Over the last 30 years, farming of the gilthead sea bream Sparus aurata (Linnaeus 1758) has become widespread along the Mediterranean coastline, rendering this species a useful case study. Based on available information, the prevailing seasonal temperature variations expose the species to the upper and lower limits of its thermal range. Evidence for this includes oxygen restriction, reduced feeding, reduced responsiveness to environmental stimuli, plus a range of molecular and biochemical indicators that change across the thermal range. Additionally, close relationships between biochemical pathways and seasonal patterns of metabolism indicate a connection between energy demand and metabolic processes on the one hand, and cellular stress responses such as oxidative stress, inflammation and autophagy on the other. Understanding physiological responses to temperature fluctuations in fishes farmed offshore can provide crucial background information for the conservation and successful management of aquaculture resources in the face of global change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os limites térmicos críticos máximo e mínimo (CTMax e CTMin) têm sido amplamente estudados para avaliar a tolerância térmica em ectotérmicos por meio de ensaios de rampa. Os peixes nototenídeos têm sido propostos como particularmente sensíveis aos aumentos de temperatura relacionados às mudanças climáticas globais. No entanto, existem grandes lacunas em nossa compreensão das respostas térmicas desses peixes extremamente adaptados ao frio em ensaios com taxas de aquecimento. Avaliamos os efeitos de duas taxas de aquecimento comumente utilizadas (0,3 e 1 °C/min) sobre as respostas celulares ao estresse no peixe antártico entremarés Harpagifer antarcticus imediatamente após o CTMax ser atingido, e em 2 e 4 horas de tempo de recuperação em água ambiente. Comparamos os valores de CTMax, a expressão transcricional relativa de genes relevantes para resposta ao choque térmico (Hsc70, Hsp70, Grp78), hipóxia (Hif1-α, LDHa, GR), ubiquitinação (Ube2) e apoptose (SMAC/DIABLO), e cinco parâmetros plasmáticos - glicose, lactato, proteína total, osmolalidade e cortisol. Os valores de CTMax entre as duas taxas de aquecimento não são significativamente diferentes, e ambas as taxas eliciaram uma resposta ao estresse semelhante em níveis moleculares e fisiológicos. Encontramos uma falta de resposta regulada positivamente das proteínas de choque térmico, consistente com outros nototenídeos antárticos. O padrão transcricional geral tendeu à regulação negativa, que foi mais evidente na taxa mais lenta de 0,3 °C/min, e casos de regulação positiva foram principalmente relacionados à ubiquitinação. A taxa mais rápida de 1 °C/min, raramente utilizada para peixes antárticos, pode ser adequada para estudar peixes estenotérmicos adaptados ao frio sem superestimar a tolerância térmica ou induzir danos por exposição prolongada ao calor. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of warming rates on physiological and molecular components of response to CTMax heat stress in the Antarctic fish Harpagifer antarcticus: Maximum and minimum Critical thermal limits (CTMax and CTMin) have been studied extensively to assess thermal tolerance in ectotherms by means of ramping assays. Notothenioid fish have been proposed as particularly sensitive to temperature increases related to global climate change. However, there are large gaps in our understanding of the thermal responses of these extreme cold-adapted fish in assays with heating rates. We evaluated the effects of two commonly used heating rates (0.3 and 1 °C/min) on the cellular stress responses in the intertidal Antarctic fish Harpagifer antarcticus immediately after CTMax was reached, and at 2 and 4 h of recovery time in ambient water. We compared CTMax values, the relative transcript expression of genes relvant to heat shock response (Hsc70, Hsp70, Grp78), hypoxia (Hif1-α, LDHa, GR), ubiquitination (Ube2), and apoptosis (SMAC/DIABLO), and five plasma parameters - glucose, lactate, total protein, osmolality and cortisol. CTMax values between the two heating rates are not significantly different, and both rates elicited a similar stress response at molecular and physiological levels. We found a lack of up-regulated response of heat shock proteins, consistent with other Antarctic notothenioids. The general transcriptional pattern trended to downregulation, which was more evident in the slower 0.3 °C/min rate, and instances of upregulation were mainly related to ubiquitination. The faster 1 °C/min rate, rarely used for Antarctic fish, can be suitable for studying cold-adapted stenothermic fish without overestimating thermal tolerance or inducing damage from longer heat exposure. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Simbiontes hereditários desempenham um papel essencial em muitos aspectos da ecologia do hospedeiro de maneira dependente da temperatura. No entanto, como a temperatura impacta o hospedeiro e sua interação com endossimbiontes permanece amplamente desconhecido. Aqui, investigamos o impacto de temperaturas moderadas (20°C) e altas (30 e 35°C) nas simbioses entre o ácaro-aranha Tetranychus truncatus e dois endossimbiontes herdados maternalmente (Wolbachia e Spiroplasma). Descobrimos que a tolerância térmica dos ácaros (medida pela sobrevivência após exposição ao calor) foi menor para ácaros infectados individualmente com Wolbachia ou Spiroplasma do que para ácaros coinfectados ou não infectados. Embora uma temperatura relativamente alta (30°C) seja considerada promotora da replicação bacteriana, a criação em alta temperatura (35°C) resultou em perdas de Wolbachia e particularmente de Spiroplasma. Expor os ácaros a 20°C reduziu a densidade e transmissão de Spiroplasma, mas não de Wolbachia. As quatro linhagens de ácaro-aranha testadas diferiram no número de genes de choque térmico (Hsps) induzidos sob exposição a temperatura moderada ou alta. Em ensaios de preferência térmica (Tp), as duas linhagens de ácaro-aranha infectadas com Wolbachia preferiram uma temperatura mais baixa do que linhagens sem Wolbachia. Nossos resultados mostram que as respostas do ácaro-aranha mediadas por endossimbiontes ao estresse térmico são complexas, envolvendo uma combinação de padrões de infecção por endossimbiontes em mudança, comportamento termorregulatório alterado e respostas transcricionais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Spider Mites Singly Infected With Either Wolbachia or Spiroplasma Have Reduced Thermal Tolerance: Heritable symbionts play an essential role in many aspects of host ecology in a temperature-dependent manner. However, how temperature impacts the host and their interaction with endosymbionts remains largely unknown. Here, we investigated the impact of moderate (20°C) and high (30 and 35°C) temperatures on symbioses between the spider mite Tetranychus truncatus and two maternally inherited endosymbionts (Wolbachia and Spiroplasma). We found that the thermal tolerance of mites (as measured by survival after heat exposure) was lower for mites that were singly infected with either Wolbachia or Spiroplasma than it was for co-infected or uninfected mites. Although a relatively high temperature (30°C) is thought to promote bacterial replication, rearing at high temperature (35°C) resulted in losses of Wolbachia and particularly Spiroplasma. Exposing the mites to 20°C reduced the density and transmission of Spiroplasma but not Wolbachia. The four spider mite strains tested differed in the numbers of heat shock genes (Hsps) induced under moderate or high temperature exposure. In thermal preference (Tp) assays, the two Wolbachia-infected spider mite strains preferred a lower temperature than strains without Wolbachia. Our results show that endosymbiont-mediated spider mite responses to temperature stress are complex, involving a combination of changing endosymbiont infection patterns, altered thermoregulatory behavior, and transcription responses. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em resposta à variação contínua dos parâmetros ambientais, as espécies devem ser capazes de ajustar sua fisiologia para superar condições estressantes, um processo conhecido como aclimatação. Numerosos estudos laboratoriais foram conduzidos para entender e descrever os mecanismos de aclimatação a um estressor ambiental (ex.: hipóxia cíclica), mas atualmente nosso entendimento sobre como a aclimatação a um estressor pode alterar a tolerância a um estressor subsequente é limitado. Aqui, em dois experimentos diferentes, utilizamos o camarão Palaemon varians para testar como, após 28 dias de aclimatação à hipóxia cíclica (imitando um regime de hipóxia cíclica atualmente encontrado em seu habitat natural), o máximo térmico crítico (CT<inf>max</inf>) e a sensibilidade à exposição ao cobre (Cu2+) (30 mgL−1) mudaram em comparação com camarões aclimatados a condições normóxicas e depois expostos ao estresse térmico ou Cu2+. A aclimatação à hipóxia cíclica melhorou tanto o CT<inf>max</inf> (~1 °C maior que os controles) quanto a sobrevivência à exposição aguda ao Cu2+ (~30% maior que os controles) e induziu mudanças significativas na expressão gênica (isto é, regulação positiva da proteína de choque térmico 70 – HSP70, fator induzível por hipóxia – HIF, fosfoenolpiruvato carboxicinase – PEPCK, transportador de glicose-6-P – G6Pt, metalotioneína – Mt, e regulação negativa da hemocianina – Hem) em animais aclimatados à hipóxia cíclica. Nossos resultados demonstram como a aclimatação à hipóxia cíclica melhorou a tolerância a estressores subsequentes, destacando a complexidade de prever o desempenho do organismo em ambientes variáveis (isto é, onde múltiplos parâmetros podem mudar simultaneamente durante o dia). © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acclimation to cyclic hypoxia improves thermal tolerance and copper survival in the caridean shrimp Palaemon varians: In response to the continuous variation of environmental parameters, species must be able to adjust their physiology to overcome stressful conditions, a process known as acclimatization. Numerous laboratory studies have been conducted to understand and describe the mechanisms of acclimation to one environmental stressor (e.g. cyclic hypoxia), but currently our understanding of how acclimation to one stressor can change tolerance to a subsequent stressor is limited. Here, in two different experiments, we used the shrimp Palaemon varians to test how, following 28-days acclimation to cyclic hypoxia (mimicking a cyclic hypoxic regime currently found in its natural habitat), critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) and sensitivity to copper (Cu2+) exposure (30 mgL−1) changed in comparison to shrimp acclimated to normoxic conditions and then exposed to thermal stress or Cu2+. Acclimation to cyclic hypoxia improved both CT<inf>max</inf> (~1 °C higher than controls) and survival to acute Cu2+ exposure (~30% higher than controls) and induced significant gene expression changes (i.e. up-regulation of heat shock protein 70 – HSP70, hypoxia inducible factor – HIF, phosphoenolpyruvate carboxykinase – PEPCK, glucose 6-P transporter – G6Pt, metallothionein – Mt, and down-regulation of hemocyanin – Hem) in animals acclimated to cyclic hypoxia. Our results demonstrate how acclimation to cyclic hypoxia improved tolerance to subsequent stressors, highlighting the complexity of predicting organismal performance in variable (i.e. where multiple parameters can simultaneously change during the day) environments. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As conchas-arca (Scapharca subcrenata) cultivadas em planícies de maré são frequentemente expostas a estresses de alta temperatura no verão. Para melhor compreender sua adaptação a temperaturas altas extremas ou naturais, primeiro determinamos a temperatura letal superior de 96 horas da concha-arca e depois investigamos suas respostas fisiológicas e transcricionais ao estresse térmico agudo ou crônico na temperatura letal mediana superior de 96 horas (32°C). Uma mortalidade cumulativa significativamente maior (52% em 96 h) foi observada no grupo de tratamento de aquecimento agudo (AHT) do que aquela (22% em 7 dias) no grupo de tratamento de aquecimento crônico (CHT). As taxas de apoptose e necrose de hemócitos aumentaram significativamente de maneira dependente do tempo sob ambas as estratégias de estresse térmico. As atividades de enzimas antioxidantes [superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT)] aumentaram drasticamente em um curto período seguido por um declínio rápido e atingiram um nível mais baixo dentro de 12 horas no grupo AHT, mas mantiveram níveis relativamente altos por um longo período no grupo CHT. Os conteúdos de malondialdeído (MDA) aumentaram significativamente primeiro e foram restaurados ao original posteriormente em ambos os estresses térmicos agudo e crônico. Além disso, a expressão dos genes relacionados a proteínas de choque térmico (HSPs; HSP90, HSP70, HSP20 e sHSP), apoptose [fator associado a receptor de TNF 6 (TRAF6), proteína regulada por glicose 78 kD (GRP78) e caspase-3 (Casp-3)] e respostas antioxidantes [glutationa S-transferase (GST) e proteína de resistência a múltiplas drogas (MRP)] poderia ser induzida e regulada positivamente significativamente pelo estresse térmico, entretanto, a expressão de regucalcina (RGN), metalotioneína (MT) e peroxirredoxina (PRX) foi regulada negativamente drasticamente sob os dois tratamentos de aquecimento. Estes resultados sugeriram que o sistema anti-apoptótico, sistema de defesa antioxidante e HSPs poderiam desempenhar papéis importantes na tolerância térmica das conchas-arca, e as linhagens de conchas-arca resistentes ao calor poderiam ser selecionadas continuamente por estresse térmico crônico adequado. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological and Transcriptional Responses to Acute and Chronic Thermal Stress in the Ark Shell Scapharca subcrenata: Ark shells (Scapharca subcrenata) grown on the tidal flats are often exposed to high temperature stresses in summer. In order to better understand their adaption to extreme or natural high temperature, we first determined the 96-h upper lethal temperature of ark shell and then investigated their physiological and transcriptional responses to acute or chronic thermal stress at the 96-h upper median lethal temperature (32°C). A significantly higher cumulative mortality (52% in 96 h) was observed in the acute heating treatment (AHT) group than that (22% in 7 days) in the chronic heating treatment (CHT) group. The apoptosis and necrosis rates of hemocytes were increased significantly in a time-dependent manner under both thermal stress strategies. Activities of antioxidant enzymes [superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT)] increased dramatically in a short time followed by a quick decline and reached to a lower level within 12 h in the AHT group, but maintain relatively high levels over a long period in the CHT group. The contents of malondialdehyde (MDA) were increased significantly firstly and restored to the original later in both acute and chronic thermal stress. Moreover, expression of the genes related to heat shock proteins (HSPs; HSP90, HSP70, HSP20, and sHSP), apoptosis [TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6), glucose regulated protein 78 kD (GRP78), and caspase-3 (Casp-3)] and antioxidant responses [glutathione S-transferase (GST) and multidrug resistance protein (MRP)] could be induced and up-regulated significantly by thermal stress, however, expression of regucalcin (RGN), metallothionein (MT), and peroxiredoxin (PRX) was down-regulated dramatically under the two heating treatments. These results suggested that anti-apoptotic system, antioxidant defense system and HSPs could play important roles in thermal tolerance of ark shells, and the heat-resistant ark shell strains could be selected continuously by properly chronic thermal stress. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Na área metropolitana de Seul, populações da cigarra Hyalessa fuscata em ilhas de calor urbanas mais quentes ("altas IUUs") exibem maior tolerância térmica do que aquelas em IUUs mais frias ("baixas IUUs"). Nós hipotetizamos que o estresse térmico pode ativar a expressão de genes que facilitam maior tolerância térmica em cigarras de altas IUUs do que naquelas de áreas mais frias. Diferenças nos transcriptomas de cigarras fêmeas adultas de altas IUUs, baixas IUUs e áreas suburbanas foram analisadas no nível não aquecido, após estresse térmico agudo e após torpor térmico. Nenhuma diferença notável nos padrões de expressão gênica não aquecidos foi observada. Entretanto, após 10 minutos de estresse térmico agudo, cigarras de baixas IUUs e suburbanas expressaram mais genes de proteínas de choque térmico do que as contrapartes de altas IUUs. Mais especificamente, mudanças notáveis na expressão gênica de cigarras entre as áreas foram observadas após o estímulo de torpor térmico, conforme representado por um grande número de genes regulados positivamente e negativamente nos grupos de torpor térmico em comparação com os grupos de 10 minutos de estresse térmico agudo e grupos controle. Cigarras de altas IUUs expressaram o maior número de genes diferencialmente expressos, seguidas pelas cigarras de baixas IUUs e suburbanas. Houve um aumento notável na expressão de genes de choque térmico, metabolismo e detoxificação; enquanto isso, genes relacionados à imunidade, transdução de sinal e renovação proteica foram regulados negativamente em cigarras de altas IUUs versus os outros grupos de cigarras. Estes resultados sugeriram que sob estresse térmico, cigarras habitando altas IUUs poderiam expressar rapidamente genes relacionados ao choque térmico, metabolismo energético e detoxificação para proteger células de danos induzidos por estresse e aumentar sua tolerância térmica ao estresse térmico. A regulação negativa dos mecanismos de apoptose em cigarras de altas IUUs sugeriu que havia menos dano celular, o que provavelmente contribuiu para sua alta tolerância ao estresse térmico. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

De novo transcriptome analysis reveals potential thermal adaptation mechanisms in the cicada hyalessa fuscata: In metropolitan Seoul, populations of the cicada Hyalessa fuscata in hotter urban heat islands (“high UHIs”) exhibit higher thermal tolerance than those in cooler UHIs (“low UHIs”). We hypothesized that heat stress may activate the expression of genes that facilitate greater thermal tolerance in high‐UHI cicadas than in those from cooler areas. Differences in the transcriptomes of adult female cicadas from high‐UHI, low‐UHI, and suburban areas were analyzed at the unheated level, after acute heat stress, and after heat torpor. No noticeable differences in unheated gene expression patterns were observed. After 10 min of acute heat stress, however, low‐UHI and suburban cicadas expressed more heat shock protein genes than high‐UHI counterparts. More specifically, remarkable changes in the gene expression of cicadas across areas were observed after heat torpor stimulus, as represented by a large number of up‐ and downregulated genes in the heat torpor groups compared with the 10 min acute heat stress and control groups. High‐UHI cicadas expressed the most differentially expressed genes, followed by the low‐UHI and suburban cicadas. There was a notable increase in the expression of heat shock, metabolism, and detoxification genes; meanwhile, immune‐related, signal transduction, and protein turnover genes were downregulated in high‐UHI cicadas versus the other cicada groups. These results suggested that under heat stress, cicadas inhabiting high‐UHIs could rapidly express genes related to heat shock, energy metabolism, and detoxification to protect cells from stress‐induced damage and to increase their thermal tolerance toward heat stress. The downregulation of apoptosis mechanisms in high‐UHI cicadas suggested that there was less cellular damage, which likely contributed to their high tolerance of heat stress. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

A plasticidade térmica em diferentes escalas de tempo, incluindo aclimatação/aclimatização e resposta de endurecimento ao calor - um ajuste rápido para tolerância térmica após estresse térmico não letal, pode interagir para melhorar a resiliência dos organismos ao estresse térmico. No entanto, pouco se sabe sobre os mecanismos fisiológicos que medeiam essa interação. Para investigar as bases das respostas de endurecimento ao calor após aclimatação em estações quentes, medimos a plasticidade da tolerância térmica e comparamos mudanças transcriptômicas e metabolômicas após endurecimento ao calor a 33 ou 37°C seguido por recuperação de 3 ou 24 h em um bivalve entremarés Sinonovacula constricta. Os moluscos mostraram respostas explícitas de endurecimento ao calor após aclimatação em uma estação quente. A temperatura indutora mais alta (37°C) causou efeitos de endurecimento ao calor menos eficazes do que a temperatura indutora mais próxima da temperatura máxima sazonal (33°C). A análise metabolômica destacou o conteúdo elevado de glicerofosfolipídios em todos os moluscos endurecidos ao calor, o que pode ajudar a manter a estrutura e função da membrana. As proteínas de choque térmico (HSPs) tenderam a ser reguladas positivamente após endurecimento ao calor a 37°C, mas não a 33°C, indicando que não havia dependência completa dos efeitos de endurecimento ao calor nas HSPs reguladas positivamente. Metabolismo energético aprimorado e reservas energéticas diminuídas foram observados após endurecimento ao calor a 37°C, sugerindo maiores custos energéticos durante a exposição a uma temperatura indutora mais alta, o que pode restringir os efeitos de endurecimento ao calor. Esses resultados destacam o papel mediador do metabolismo lipídico da membrana, respostas ao choque térmico e custos energéticos na interação entre resposta de endurecimento ao calor e aclimatação sazonal, e contribuem para a compreensão mecanicista da mudança evolutiva e plasticidade térmica durante as mudanças climáticas globais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Membrane lipid metabolism, heat shock response and energy costs mediate the interaction between acclimatization and heat-hardening response in the razor clamSinonovacula constricta: Thermal plasticity on different time scales, including acclimation/ acclimatization and heat-hardening response - a rapid adjustment for thermal tolerance after non-lethal thermal stress, can interact to improve the resilience of organisms to thermal stress. However, little is known about physiological mechanisms mediating this interaction. To investigate the underpinnings of heat-hardening responses after acclimatization in warm seasons, we measured thermal tolerance plasticity, and compared transcriptomic and metabolomic changes after heat hardening at 33 or 37°C followed by recovery of 3 or 24 h in an intertidal bivalve Sinonovacula constricta. Clams showed explicit heat-hardening responses after acclimatization in a warm season. The higher inducing temperature (37°C) caused less effective heathardening effects than the inducing temperature that was closer to the seasonal maximum temperature (33°C). Metabolomic analysis highlighted the elevated content of glycerophospholipids in all heathardened clams, which may help to maintain the structure and function of the membrane. Heat shock proteins (HSPs) tended to be upregulated after heat hardening at 37°C but not at 33°C, indicating that there was no complete dependency of heat-hardening effects on upregulated HSPs. Enhanced energy metabolism and decreased energy reserves were observed after heat hardening at 37°C, suggesting more energy costs during exposure to a higher inducing temperature, which may restrict heat-hardening effects. These results highlight the mediating role of membrane lipid metabolism, heat shock responses and energy costs in the interaction between heathardening response and seasonal acclimatization, and contribute to the mechanistic understanding of evolutionary change and thermal plasticity during global climate change. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Prever os impactos de ambientes alterados na biodiversidade futura requer uma compreensão detalhada das respostas dos organismos às mudanças. Até o momento, os estudos que avaliam os mecanismos subjacentes às respostas ao estresse em organismos marinhos concentraram-se amplamente na limitação de oxigênio e no uso de proteínas de choque térmico como biomarcadores. No entanto, se esses biomarcadores representam respostas consistentes entre espécies e diferentes estressores ambientais permanece em questão. Aqui demonstramos que respostas a quatro estresses térmicos diferentes (três taxas de aumento térmico (1 °C h−1, 1 °C dia−1 ou 1 °C 3 dias−1) e uma aclimatação de três meses ao aquecimento de 2 °C) aplicados a três espécies de invertebrados marinhos antárticos produziram respostas altamente individuais nos perfis de expressão gênica, tanto dentro quanto entre espécies. O mapeamento dos perfis de expressão gênica de cada tratamento para cada uma das três espécies identificou diferenças consideráveis no número de transcritos diferencialmente regulados, variando de 10 a 3011. Quando esses dados foram correlacionados entre os diferentes tratamentos de temperatura, não houve evidência de uma resposta comum, com apenas 0-2 transcritos compartilhados entre todos os quatro tratamentos dentro de qualquer espécie. Também não houve genes diferencialmente expressos compartilhados entre espécies, mesmo nas mesmas taxas de aumento térmico. A resposta clássica ao estresse celular (CSR), ou seja, a regulação positiva de proteínas de choque térmico, esteve presente apenas fortemente em duas espécies na taxa de aumento mais rápida de 1 °C h−1, embora com diferentes conjuntos de genes de estresse expressos em cada espécie. Esses dados demonstram a ampla variabilidade na resposta ao aquecimento no nível molecular em espécies marinhas. Portanto, a identificação das respostas ao estresse da biodiversidade geradas por condições em mudança exigirá avaliação no nível da espécie usando membros-chave direcionados do ecossistema, fortemente correlacionados com os fatores bióticos e abióticos locais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Large within, and between, species differences in marine cellular responses: Unpredictability in a changing environment: Predicting the impacts of altered environments on future biodiversity requires a detailed understanding of organism responses to change. To date, studies evaluating mechanisms underlying marine organism stress responses have largely concentrated on oxygen limitation and the use of heat shock proteins as biomarkers. However, whether these biomarkers represent responses that are consistent across species and different environmental stressors remains open to question. Here we show that responses to four different thermal stresses (three rates of thermal ramping (1 °C h−1, 1 °C day−1 or 1 °C 3 day−1) and a three-month acclimation to warming of 2 °C) applied to three species of Antarctic marine invertebrate produced highly individual responses in gene expression profiles, both within and between species. Mapping the gene expression profiles from each treatment for each of the three species, identified considerable difference in numbers of differentially regulated transcripts ranging from 10 to 3011. When these data were correlated across the different temperature treatments, there was no evidence for a common response with only 0–2 transcripts shared between all four treatments within any one species. There were also no shared differentially expressed genes across species, even at the same thermal ramping rates. The classical cellular stress response (CSR) i.e. up-regulation of heat shock proteins, was only strongly present in two species at the fastest ramping rate of 1 °C h−1, albeit with different sets of stress genes expressed in each species. These data demonstrate the wide variability in response to warming at the molecular level in marine species. Therefore, identification of biodiversity stress responses engendered by changing conditions will require evaluation at the species level using targeted key members of the ecosystem, strongly correlated to the local biotic and abiotic factors. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A urbanização altera o perfil térmico de riachos de forma muito semelhante às previsões das mudanças climáticas, com temperaturas mais altas, fluxo mais variado e pulsos rápidos de temperatura com eventos de precipitação. Se a tolerância excepcional a essas condições térmicas alteradas é um pré-requisito para uma espécie de peixe habitar riachos urbanos ou se a urbanização mudou a fisiologia térmica dessas espécies de peixes que persistem em riachos urbanos é desconhecido, mas poderia ajudar a prever o resultado de futuras disrupções climáticas. Para testar se a residência em riachos urbanos está associada à tolerância térmica alterada, comparamos a tolerância térmica (CT<inf>Max</inf>) e a plasticidade fenotípica da tolerância térmica (ΔCT<inf>Max</inf>/Δ temperatura de aclimatação) em cinco populações de um ciprinídeo tolerante a ambientes urbanos, o dace-de-nariz-preto (Rhinichthys atratulus), de múltiplas bacias hidrográficas ao longo de um gradiente urbano/rural. A tolerância térmica desses peixes de riacho foi testada enquanto nadavam a 10 cm*s−1, mas também em água estática e após choques térmicos de 4°–6 °C simulando eventos de precipitação. Para testar se o dace-de-nariz-preto como espécie tem tolerância térmica ou plasticidade térmica incomum, também comparamos duas populações de dace-de-nariz-preto com dois co-habitantes da mesma família (o chub-do-riacho (Semotilus atromaculatus) e o dace-lateral-rosado (Clinostomus funduloides)), que não persistem em riachos urbanos, em três diferentes temperaturas de aclimatação. A tolerância térmica do dace-de-nariz-preto, medida por um teste de máximo térmico crítico (CT<inf>Max</inf>), foi independente do tamanho e nível de atividade, ou seja, os indivíduos tiveram tolerância térmica idêntica nadando ou em repouso e CT<inf>Max</inf> foi significativamente repetível em dois níveis de atividade. Embora houvesse alguma variação entre as populações, o dace-de-nariz-preto de riachos com diferentes graus de urbanização geralmente exibiu tolerâncias térmicas comparáveis, capacidade de aclimatação a diferentes temperaturas e não foi afetado por choques térmicos. O dace-lateral-rosado teve tolerância térmica significativamente menor que as outras duas espécies, mas a plasticidade da tolerância térmica foi uniforme entre as três espécies de ciprinídeos. Nossas conclusões são que a tolerância térmica excepcional ou a capacidade de aclimatação térmica não são características pré-requisito para uma determinada espécie de ciprinídeo sobreviver em riachos urbanos, nem a tolerância térmica sofreu seleção direcional neste ambiente urbano. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of cyprinids along an urban-rural gradient: Plasticity, repeatability and effects of swimming and temperature shock: Urbanization changes the thermal profile of streams in much the same way that climate change is predicted to with higher temperatures, more varied flow and rapid temperature pulses with precipitation events. Whether exceptional tolerance to these altered thermal conditions is a pre-requisite for a fish species to inhabit urban streams or if urbanization has changed the thermal physiology of those fish species that persist in urban streams is unknown, but could help predict the outcome of future climate disruption. To test whether residence in urban streams is associated with altered thermal tolerance, we compared thermal tolerance (CT<inf>Max</inf>) and phenotypic plasticity of thermal tolerance (ΔCT<inf>Max</inf>/Δ acclimation temperature) in five populations of an urban-tolerant cyprinid, the blacknose dace (Rhinichthys atratulus), from multiple watersheds along an urban/rural gradient. Thermal tolerance of these stream fish was tested while swimming at 10 cm*s−1 but also in static water and after thermal shocks of 4°–6 °C simulating precipitation events. To test whether blacknose dace as a species has unusual thermal tolerance or thermal plasticity, we also compared two blacknose dace populations with two co-resident, co-familiars (creek chub (Semotilus atromaculatus) and rosyside dace (Clinostomus funduloides), that don't persist in urban streams at three different acclimation temperatures. Thermal tolerance of blacknose dace, as measured by a critical thermal maximum test (CT<inf>Max</inf>), was independent of size and activity level, i.e. individuals had identical thermal tolerance whether swimming or resting and CT<inf>Max</inf> was significantly repeatable across two levels of activity. Although there was some variance among populations, blacknose dace from streams of varied urbanization generally exhibited comparable thermal tolerances, ability to acclimate to different temperatures and were unaffected by thermal shocks. Rosyside dace had significantly lower thermal tolerance than the other two species but plasticity of thermal tolerance was uniform across the three cyprinid species. Our conclusions are that exceptional thermal tolerance or ability to thermally acclimate are not pre-requisite characters for a given cyprinid species to survive in urban streams, nor has thermal tolerance undergone directional selection in this urban environment. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nipponacmea fuscoviridis e N. radula são espécies comuns do entremarés ao longo da costa da China e caracterizam-se por padrões biogeográficos divergentes. Para compreender os efeitos do estresse térmico na distribuição destas espécies de costão rochoso, os limites térmicos superiores e as margens de segurança térmica destas duas espécies foram determinados e comparados. A tolerância térmica da espécie sulista N. fuscoviridis foi maior que a de sua congênere norte N. radula: (1) a temperatura letal (TL50) de N. fuscoviridis (média ± DP = 44,19 ± 0,34 °C) foi maior que a de N. radula (42,44 ± 0,17 °C); (2) os níveis da proteína de choque térmico HSP70 atingiram valores máximos a 40 e 42 °C em N. radula e N. fuscoviridis, respectivamente; (3) as temperaturas nas quais os genes hsp70 e hsp90 foram induzidos (Ton) em N. fuscoviridis foram maiores que as de N. radula; e (4) as temperaturas de ponto de quebra de Arrhenius (TPA) do desempenho cardíaco de N. radula e N. fuscoviridis foram 36,74 ± 1,27 e 36,84 ± 1,04 °C, respectivamente. Considerando a temperatura ambiental, a temperatura máxima do habitat (TMH) da espécie norte, N. radula, estava próxima de sua TPA e inferior à sua TL50. A TMH para a espécie sulista, N. fuscoviridis, foi muito superior à sua TPA e próxima à sua TL50. Estes resultados indicam que a espécie sulista, apesar de seu maior limite superior de tolerância térmica, vive mais próxima de sua temperatura letal e pode ser mais sensível ao aumento das temperaturas do ar e do oceano face às mudanças climáticas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Range limits and thermal physiological adaptation of intertidal limpets belonging to the genus Nipponacmea: Nipponacmea fuscoviridis and N. radula are common intertidal species along China's coast and are characterized by divergent biogeographic patterns. In order to understand the effects of thermal stress on the distribution of these rocky shore species, the upper thermal limits and thermal safety margins of these two species were determined and compared. Thermal tolerance of the southern species N. fuscoviridis was higher than that of its northern congener N. radula: (1) the lethal temperature (LT50) of N. fuscoviridis (mean ± SD = 44.19 ± 0.34 °C) was higher than that of N. radula (42.44 ± 0.17 °C); (2) levels of the heat shock protein HSP70 reached maximum values at 40 and 42 °C in N. radula and N. fuscoviridis, respectively; (3) the temperatures at which hsp70 and hsp90 genes were induced (Ton) in N. fuscoviridis were higher than those of N. radula; and (4) Arrhenius breakpoint temperatures (ABTs) of cardiac performance of N. radula and N. fuscoviridis were 36.74 ± 1.27 and 36.84 ± 1.04 °C, respectively. With the consideration of environmental temperature, the maximum habitat temperature (MHT) of the northern species, N. radula, was close to its ABT and lower than its LT50. The MHT for the southern species, N. fuscoviridis, was much higher than its ABT and closed to its LT50. These results indicate that the southern species, despite its higher upper thermal tolerance limit, is living nearer to its lethal temperature and might be more sensitive to the increasing air and ocean temperatures in the face of climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O DNAJB3 atua como um co-chaperonino e estimula a atividade de ATPase dos genes da família HSP através de seu domínio J. Um estudo in vivo e in silico foi conduzido para obter uma compreensão abrangente sobre o papel do gene DNAJB3 em cabras. A sequência codificante do gene DNAJB3 foi amplificada e pesquisada quanto a polimorfismos em três populações de cabras nativas (Bengala Preta, Ganjam e Raighar). Uma substituição nucleotídica na posição 419 (C > A) (tipo selvagem e mutante) com consequente alteração no aminoácido (Ala > Glu) na posição 140 foi identificada. A análise comparativa de sequências nucleotídicas mostrou 68 sítios variáveis que incluíram 53 sítios informativos de parcimônia e 15 sítios singletons. A análise estrutural in silico revelou diferença menor (7%) na estrutura tridimensional da proteína entre as proteínas DNAJB3 mutante e selvagem. As interações proteína-proteína do DNAJB3 com HSP72, quinase de estresse JNK e quinase de estresse IKKβ também foram previstas. A proteína DNAJB3 mutante (Raighar) foi prevista para interagir apenas com a cadeia A da quinase de estresse JNK. Ambas as variantes selvagem e mutante das proteínas DNAJB3 foram previstas para interagir com as cadeias A e B da quinase de estresse IKKβ hexamérica. Este estudo será útil para usar o DNAJB3 como marcador molecular para tolerância térmica no futuro. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Identification of novel polymorphism and in silico analysis of caprine DNAJB3 gene: DNAJB3 acts as a cochaperon and stimulates ATPase activity of HSP family genes through its J domain. An in vivo and in silico study was conducted to get comprehensive idea on the role of DNAJB3 gene in goat. The coding sequence of DNAJB3 gene was amplified and searched for polymorphism in three indigenous goat (i.e. Black Bengal, Ganjam and Raighar) populations. One nucleotide substitution at 419th (C > A) position (wild and mutant) with resultant change in amino acid (Ala > Glu) at 140th position was identified. The comparative nucleotide sequence analysis showed 68 variable sites that included 53 parismony informative sites and 15 singleton sites. In silico structural analysis revealed minor difference (7%) in three dimensional protein structure between mutant and wild type DNAJB3 proteins. The protein-protein interactions of DNAJB3 with HSP72, JNK stress kinase, and IKKβ stress kinase were also predicted. The mutant (Raighar) type DNAJB3 protein predicted to interact only with A chain of the JNK stress kinase. Both the wild and mutant type variants of DNAJB3 proteins predicted to interact with A and B chain of hexamer IKKβ stress kinase. This study will be helpful to use DNAJB3 as a molecular marker for thermal tolerance in future. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: A terapia fototérmica (PTT) tem sido amplamente investigada como modalidade terapêutica localizada em tumores para doenças neoplásicas. No entanto, o efeito de hipertermia da PTT é bastante restringido pela termorresistência das células tumorais. Particularmente, a expressão compensatória da proteína de choque térmico 90 (HSP90) demonstrou acelerar significativamente a tolerância térmica das células tumorais. Assim, espera-se que a combinação de um inibidor de HSP90 com um fotossensibilizador fototérmico aumente significativamente a eficácia antitumoral da PTT através da sensibilização por hipertermia. No entanto, permanece desafiador coentregar precisamente dois ou mais fármacos nos tumores. Métodos: Uma nanoestrutura de coentrega sem carreador de ácido garcínico (GA, um inibidor de HSP90) e DiR foi engenhosamente fabricada com base em uma técnica de co-montagem molecular facilitada e precisa. Os mecanismos de montagem, eficiência de conversão fototérmica, liberação do fármaco induzida por laser, captação celular e citotoxicidade sinérgica da nanoestrutura foram investigados in vitro. Além disso, a farmacocinética, biodistribuição e eficácia da PTT auto-aumentada foram exploradas in vivo. Resultados: A nanoestrutura apresenta múltiplas vantagens em todo o processo de entrega do fármaco, incluindo fabricação sem carreador com boa reprodutibilidade, alta eficiência de co-carregamento do fármaco com ajuste de dose conveniente, coentrega sincronizada de DiR e GA com longa circulação sistêmica, bem como acúmulo no tumor com auto-rastreamento e conversão fototérmica eficiente. Como esperado, a PTT aumentada pela inibição de HSP90 foi observada em um modelo de xenoenxerto de tumor 4T1 em camundongos BALB/c. Conclusão: Nosso estudo fornece uma estratégia nova e facilitada de co-montagem de fármacos duplos para terapia do câncer autossensibilizada. Resumo gráfico: [Figura não disponível: ver texto completo.]. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecularly engineered carrier-free co-delivery nanoassembly for self-sensitized photothermal cancer therapy: Background: Photothermal therapy (PTT) has been extensively investigated as a tumor-localizing therapeutic modality for neoplastic disorders. However, the hyperthermia effect of PTT is greatly restricted by the thermoresistance of tumor cells. Particularly, the compensatory expression of heat shock protein 90 (HSP90) has been found to significantly accelerate the thermal tolerance of tumor cells. Thus, a combination of HSP90 inhibitor and photothermal photosensitizer is expected to significantly enhance antitumor efficacy of PTT through hyperthermia sensitization. However, it remains challenging to precisely co-deliver two or more drugs into tumors. Methods: A carrier-free co-delivery nanoassembly of gambogic acid (GA, a HSP90 inhibitor) and DiR is ingeniously fabricated based on a facile and precise molecular co-assembly technique. The assembly mechanisms, photothermal conversion efficiency, laser-triggered drug release, cellular uptake, synergistic cytotoxicity of the nanoassembly are investigated in vitro. Furthermore, the pharmacokinetics, biodistribution and self-enhanced PTT efficacy were explored in vivo. Results: The nanoassembly presents multiple advantages throughout the whole drug delivery process, including carrier-free fabrication with good reproducibility, high drug co-loading efficiency with convenient dose adjustment, synchronous co-delivery of DiR and GA with long systemic circulation, as well as self-tracing tumor accumulation with efficient photothermal conversion. As expected, HSP90 inhibition-augmented PTT is observed in a 4T1 tumor BALB/c mice xenograft model. Conclusion: Our study provides a novel and facile dual-drug co-assembly strategy for self-sensitized cancer therapy. Graphic abstract: [Figure not available: see fulltext.]. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O objetivo deste estudo foi compreender melhor os mecanismos moleculares que regulam as respostas aclimatatórias e as margens de segurança térmica da truta-arco-íris (Oncorhynchus mykiss) em temperaturas acima do ótimo fisiológico. Para isso, investigamos a evolução temporal das alterações nos limiares críticos de tolerância térmica e na abundância transcricional hepática e renal de marcadores moleculares relacionados à resposta celular ao estresse, durante a aclimatação a alta temperatura. Os peixes experimentais foram inicialmente aclimatados a 17 °C e posteriormente expostos a um regime de temperatura elevada gradualmente aumentada (22 °C) por um período de 30 dias. CT<inf>max</inf>, CT<inf>min</inf> e expressão de mRNA dos marcadores candidatos foram examinados antes do desafio térmico (T<inf>0</inf>) e ao longo do tempo (dias) de exposição à alta temperatura (T<inf>1</inf>, T<inf>3</inf>, T<inf>7</inf>, T<inf>15</inf> e T<inf>30</inf>). Em relação à resposta organísmica, CT<inf>max</inf> foi significativamente elevado em T<inf>3</inf>, mas o grau de ganho na tolerância ao calor não foi persistente. Contrariamente, observamos uma perda gradual na tolerância ao frio com a maior estimativa de CT<inf>min</inf> em T<inf>30</inf>. Com base na evolução temporal da expressão de mRNA, os marcadores estudados puderam ser categorizados naqueles que foram persistentemente elevados (hsp70a, hsp70b, hspa5, hsp90a, hsp90b, stip1 e serpinh1 no rim e hsp90b no fígado); aqueles que coincidiram com alterações em CT<inf>min</inf> (hspbp1, hsp90b, stip1, gr1, hif1a, hyou1, tnfa e tlr5 no rim); e aqueles que coincidiram com alterações em CT<inf>max</inf> (hsp90a, serpinh1, tlr5 e lmo2 no fígado). Aparentemente, as alterações transcricionais no rim e fígado refletiram as tendências de CT<inf>min</inf> e CT<inf>max</inf>, respectivamente. O perfil de expressão de stip1 e tlr5 sugere que são potenciais novos marcadores que poderiam refletir os limites térmicos na truta-arco-íris. Os marcadores metabólicos hepáticos foram inicialmente elevados (alt, glud, g6pase1) ou reprimidos em diferentes pontos temporais (ast2, gls1, fas, cpt1b, mtor), ligados à gliconeogênese e depressão metabólica, respectivamente. Enquanto isso, os marcadores do eixo de crescimento não mostraram diferenças significativas. No geral, esta análise temporal revelou associações potenciais na resposta celular organísmica e tecido-específica à aclimatação a alta temperatura em um ectotermo de água fria termicamente sensível. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Concurrent changes in thermal tolerance thresholds and cellular heat stress response reveals novel molecular signatures and markers of high temperature acclimation in rainbow trout: The objective of this study was to better understand the molecular mechanisms which regulate acclimatory responses and thermal safety margins of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) at temperatures above physiological optimum. For this, we investigated the time course of changes in critical thermal tolerance thresholds and associated hepatic and renal transcript abundance of molecular markers related to cellular stress response, during high temperature acclimation. The experimental fish were initially acclimated to 17 °C and later exposed to a gradually raised elevated temperature regime (22 °C) for a period of 30 days. CT<inf>max</inf>, CT<inf>min</inf> and mRNA expression of candidate markers were examined before the thermal challenge (T<inf>0</inf>) and over the time-course (days) of high temperature exposure (T<inf>1</inf>, T<inf>3</inf>, T<inf>7</inf>, T<inf>15</inf> and T<inf>30</inf>). With respect to organismal response, CT<inf>max</inf> was significantly elevated at T<inf>3</inf>, but the degree of gain in heat tolerance was not persistent. Contrarily, we observed a gradual loss in cold tolerance with highest CT<inf>min</inf> estimate at T<inf>30</inf>. Based on the time-course of mRNA expression, the studied markers could be categorized into those which were persistently elevated (hsp70a, hsp70b, hspa5, hsp90a, hsp90b, stip1 and serpinh1 in kidney and hsp90b in liver); those which concurred with changes in CT<inf>min</inf> (hspbp1, hsp90b, stip1, gr1, hif1a, hyou1, tnfa and tlr5 in kidney); and those which concurred with changes in CT<inf>max</inf> (hsp90a, serpinh1, tlr5 and lmo2 in liver). Apparently, transcriptional changes in kidney and liver reflected CT<inf>min</inf> and CT<inf>max</inf> trend, respectively. Expression profile of stip1 and tlr5 suggest that they are potential novel markers which could reflect thermal limits in rainbow trout. Hepatic metabolic markers were either initially elevated (alt, glud, g6pase1) or down-regulated at different time-points (ast2, gls1, fas, cpt1b, mtor), linked to gluconeogenesis and metabolic depression, respectively. Whereas, growth-axis markers showed no significant differences. Overall, this time-course analysis has revealed potential associations in organismal and tissue-specific cellular response to high temperature acclimation in a thermally sensitive coldwater ectotherm. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Um aumento substancial na ocorrência de eventos de temperaturas extremamente altas ou baixas causado pelas mudanças climáticas globais tem imposto pressão na sobrevivência e reprodução de invertebrados. Hyphantria cunea (H. cunea; Lepidoptera: Arctiidae) é um desfolhador mundial e tornou-se uma praga florestal e agrícola importante durante as últimas três décadas na China. A tolerância térmica e ao frio tem afetado diretamente a população e distribuição geográfica de H. cunea, o que permanece pouco compreendido. Aqui, examinamos a tolerância térmica de larvas de H. cunea e descobrimos que elas poderiam suportar temperaturas extremamente altas, conforme demonstrado pelos tempos letais medianos (Ltim₅₀) de 103,3 h a 37°C, 62,0 h a 40°C e até 14,5 h a 43°C. Para explorar ainda mais a evidência molecular da resposta fisiológica ao calor e ao frio, clonamos e caracterizamos seis pequenas proteínas de choque térmico (sHSPs). Essas proteínas possuíam o domínio α conservado da família sHSP na extremidade C e vários domínios N-terminais. A análise filogenética mostrou que as HCsHSPs apresentaram uma relação evolutiva próxima com genes sHSP em espécies de noctuídeos. Quatro sHSPs em H. cunea foram sensíveis ao estresse térmico, e apenas HCsHSP28,7 foi induzida pelo estresse por frio. O nível de expressão de HCsHSPs atingiu o pico a 40°C e diminuiu no tratamento a 45°C. Os transcritos de HCsHSP20,0 foram abundantes na cutícula após choque térmico, e HCsHSP28,7 foi mais enriquecida no corpo gorduroso após choque por frio. Além disso, um peso molecular igual da proteína HCsHSP20,0 poderia proteger completamente a malato desidrogenase (MDH) da agregação térmica. Células recombinantes de E. coli HCsHSP28,7 exibiram tolerância ao estresse por frio. No geral, nossos resultados demonstram que HCsHSPs, especialmente HCsHSP20,0 e HCsHSP28,7, são genes vitais na adaptação de larvas de H. cunea a condições extremas no contexto das mudanças climáticas globais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Functional analysis of small heat shock proteins providing evidence of temperature tolerance in Hyphantria cunea: A substantial increase in the occurrence of extremely high- or low-temperature events caused by global climate change has imposed pressure on the survival and reproduction of invertebrates. Hyphantria cunea (H. cunea; Lepidoptera: Arctiidae) is a worldwide defoliator and has become a major forestry and agricultural pest during the past three decades in China. The thermal and cold tolerance has directly affected the population and geographical distribution of H. cunea, which remains poorly understood. Here, we examined the thermal tolerance of H. cunea larvae and discovered that they could endure extremely high temperatures, as demonstrated by median lethal times (Ltim<inf>50</inf>) of 103.3 hr at 37°C, 62.0 hr at 40°C and even 14.5 hr at 43°C. To further explore the molecular evidence of the physiological response to heat and cold, we cloned and characterized six small heat shock proteins (sHSPs). These proteins possessed the conserved α-domain of the sHSP family at the C-terminus and various N-terminal domains. Phylogenetic analysis showed that the HCsHSPs presented a close evolutionary relationship with sHSP genes in noctuidae species. Four sHSPs in H. cunea were sensitive to heat stress, and only HCsHSP28.7 was induced by cold stress. The expression level of HCsHSPs peaked at 40°C and decreased in treatment at 45°C. HCsHSP20.0 transcripts were abundant in the cuticle after heat shock, and HCsHSP28.7 was most enriched in the fat body after cold shock. In addition, an equal molecular weight of the HCsHSP20.0 protein could completely protect malate dehydrogenase (MDH) from thermal aggregation. Recombinant HCsHSP28.7 E. coli cells exhibited tolerance to cold stress. Overall, our results demonstrate that HCsHSPs, especially HCsHSP20.0 and HCsHSP28.7, are vital genes in the adaptation of H. cunea larvae to extreme conditions in the context of global climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura é um fator ambiental importante na agricultura, afetando organismos individuais e todo o ecossistema agrícola. O aquecimento global tornou-se mais tangível, o que pode afetar negativamente o controle biológico de pragas devido à geralmente fraca tolerância térmica dos inimigos naturais. Os mirídeos Cyrtorhinus lividipennis e Tytthus chinensis (Insecta: Hemiptera: Miridae) são importantes predadores naturais de cigarrinhas-das-planícies e cigarrinhas-das-folhas em campos de arroz asiáticos. No entanto, os efeitos do estresse térmico nesses predadores permanecem pouco compreendidos. Investigamos a tolerância térmica, aptidão, habilidades de predação e resposta transcriptômica de T. chinensis e C. lividipennis em temperaturas elevadas. T. chinensis foi mais tolerante ao calor do que Nilaparvata lugens (sua presa) e C. lividipennis. T. chinensis não apenas exibiu melhor desenvolvimento, sobrevivência, reprodução e capacidades de predação em comparação com C. lividipennis, mas também mostrou competitividade mais forte quando os dois predadores mirídeos co-persistiram em condições de alta temperatura. Para entender os mecanismos subjacentes, sequenciamos seus transcriptomas em diferentes temperaturas. Genes de proteínas de choque térmico (HSP) foram identificados e analisados devido à sua alta co-regulação durante o tratamento térmico. Resultados de reação em cadeia da polimerase quantitativa mostraram que T. chinensis induz a expressão de HSPs de forma rápida e forte em uma faixa de temperatura mais ampla em resposta ao estresse térmico em comparação com C. lividipennis. Em conjunto, destacamos o potencial de T. chinensis como agente de controle biológico em futuras condições de aquecimento global e fornecemos insight sobre a adaptação térmica de espécies de mirídeos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Consequences of elevated temperature on the biology, predation, and competitiveness of two mirid predators in the rice ecosystem: Temperature is an important environmental factor in agriculture, affecting individual organisms and the entire farmland ecosystem. Global warming has become more tangible, which may negatively affect pest biological control due to the generally weak thermal tolerance of natural enemies. The mirids Cyrtorhinus lividipennis and Tytthus chinensis (Insecta: Hemiptera: Miridae) are important natural predators of planthoppers and leafhoppers in Asian paddy fields. However, the effects of thermal stress on these predators remain poorly understood. We investigated the thermal tolerance, fitness, predation abilities, and transcriptomic response of T. chinensis and C. lividipennis at elevated temperatures. T. chinensis was more heat tolerant than both Nilaparvata lugens (its prey) and C. lividipennis. T. chinensis not only exhibited better development, survival, reproduction, and predation capacities compared with C. lividipennis but also showed stronger competitiveness when the two mirid predators co-persisted under high-temperature conditions. To understand the underlying mechanisms, we sequenced their transcriptomes at different temperatures. Heat shock protein (HSP) genes were identified and analyzed due to their high co-regulation during heat treatment. Quantitative polymerase chain reaction results showed that T. chinensis induces HSPs expression quickly and strongly over a wider temperature range in response to heat stress compared with C. lividipennis. Taken together, we highlighted the potential of T. chinensis as a biological control agent in future global warming conditions and provided insight into the thermal adaption of mirid species. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As respostas protetoras instintivas de estresse das células tumorais prejudicam a terapia fototérmica de baixa temperatura (LTPTT), resultando em recorrência e metástase tumoral. A rápida depuração sanguínea e o baixo enriquecimento tumoral dos nanomedicamentos também diminuem a eficácia da LTPTT. Neste estudo, fabricamos agentes fototérmicos coensamblados (verde de indocianina, ICG) e inibidores de autofagia (cloroquina, CQ) e nanopartículas ICGCQ@RCm (ICGCQ@RCm NPs) camufladas com membrana híbrida de glóbulo vermelho e célula cancerosa (RCm) para potencializar a LTPTT tumoral. As ICGCQ@RCm NPs exibiram circulação sanguínea prolongada do fármaco e acúmulo medicamentoso marcadamente aumentado nos tecidos tumorais. As ICGCQ@RCm NPs reduziram a tolerância térmica das células tumorais para sensibilizar a LTPTT mediada por ICG através da inibição da autofagia protetora. As ICGCQ@RCm NPs exerceram forte morte celular imunogênica (ICD) após LTPTT eficiente para ativar a imunidade antitumoral. Além disso, as ICGCQ@RCm otimizaram a eficácia terapêutica através de LTPTT guiada por imagem, aproveitando a fluorescência no infravermelho próximo (NIR) do ICG. Consequentemente, as ICGCQ@RCm NPs inibiram efetivamente os tumores sob LTPTT suave, suprimiram significativamente a metástase tumoral e prolongaram o tempo de sobrevivência de camundongos portadores de tumor. Adicionalmente, as ICGCQ@RCm NPs demonstraram alta biossegurança in vitro e in vivo. As ICGCQ@RCm NPs demonstraram LTPTT sensibilizada por inibição de autofagia com direcionamento tumoral e guiada por imagem utilizando dois fármacos aprovados pela Food and Drug Administration (FDA), que possuem grande potencial para aplicação clínica. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Autophagy-inhibiting biomimetic nanodrugs enhance photothermal therapy and boost antitumor immunity: The instinctive protective stress responses of tumor cells hamper low-temperature photothermal therapy (LTPTT), resulting in tumor recurrence and metastasis. The rapid blood clearance and low-efficiency tumor enrichment of nanomedicines also decrease the efficacy of LTPTT. In this study, we fabricated coassembled photothermal agents (indocyanine green, ICG) and autophagy inhibitors (chloroquine, CQ) and red blood cell and cancer cell hybrid membrane (RCm)-camouflaged ICGCQ@RCm nanoparticles (ICGCQ@RCm NPs) to enhance tumor LTPTT. The ICGCQ@RCm NPs exhibited prolonged blood drug circulation and markedly enhanced drug accumulation in tumor tissues. The ICGCQ@RCm NPs reduced the thermal tolerance of tumor cells to sensitize ICG-mediated LTPTT by inhibiting protective autophagy. The ICGCQ@RCm NPs exerted strong immunogenic cell death (ICD) after efficient LTPTT to activate antitumor immunity. In addition, ICGCQ@RCms optimized the therapeutic efficacy by imaging-guided LTPTT, taking advantage of the near-infrared (NIR) fluorescence of ICG. Consequently, the ICGCQ@RCm NPs effectively inhibited tumors under mild LTPTT, significantly suppressed tumor metastasis and prolonged the survival time of tumor-bearing mice. Furthermore, the ICGCQ@RCm NPs showed high biosafety in vitro and in vivo. The ICGCQ@RCm NPs demonstrated tumor-targeting and imaging-guided autophagy inhibition-sensitized LTPTT using two Food and Drug Administration (FDA)-approved drugs, which have great potential for clinical application. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O calor é uma fonte comum de estresse em ambientes aquáticos e pode alterar as funções fisiológicas e metabólicas de animais aquáticos, especialmente sua função intestinal. Aqui, foram estudados os efeitos do estresse térmico na estrutura e função do intestino e nas características da microbiota intestinal em esturjões (híbrido F1 de Acipenser baerii ♀ × Acipenser schrenckii ♂). Os esturjões foram expostos a temperaturas altas subextremas (24°C) e extremas (28°C) da água por 12 dias. O estresse térmico causou danos sistêmicos ao intestino dos esturjões, que exibiram enterite severa no intestino valvular. A análise da diversidade microbiana mostrou que o estresse térmico levou ao distúrbio na microbiota intestinal, manifestando-se como um aumento explosivo na abundância de patógenos intestinais termofílicos como Plesiomonas, Cetobacterium e Aeromonas e causando disfunção fisiológica nos esturjões. O distúrbio foi seguido por inibição significativa da digestão intestinal com redução das atividades de quimotripsina, α-amilase e lipase no intestino valvular e da função antioxidante com redução das atividades de peroxidase (POD) e catalase (CAT). Simultaneamente, o estresse térmico reduziu a tolerância térmica dos esturjões ao diminuir a expressão de Grp75 e danificou a capacidade de reparo do intestino valvular com aumento da expressão de Tgf-β. Os resultados confirmaram que o estresse térmico danificou obviamente os intestinos dos esturjões e perturbou a microbiota intestinal, resultando em disfunção fisiológica grave. O presente estudo investigou o mecanismo do efeito do estresse térmico no intestino do esturjão e ajudará a desenvolver estratégias para melhorar a resistência ao estresse térmico para esturjões selvagens e cultivados. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat Stress Decreases Intestinal Physiological Function and Facilitates the Proliferation of Harmful Intestinal Microbiota in Sturgeons: Heat is a common source of stress in aquatic environments and can alter the physiological and metabolic functions of aquatic animals, especially their intestinal function. Here, the effects of heat stress on the structure and function of the intestine and the characteristics of the intestinal microbiota were studied in sturgeon (Acipenser baerii ♀ × Acipenser schrenckii ♂ hybrid F1). Sturgeons were exposed to sub-extreme (24°C) and extreme (28°C) high water temperatures for 12 days. The heat stress caused systemic damage to the intestine of sturgeons, which displayed severe enteritis in the valve intestine. The microbial diversity analysis showed that heat stress led to the disorder in intestinal microbiota, manifesting as an explosive increase in the abundance of thermophilic intestinal pathogens such as Plesiomonas, Cetobacterium, and Aeromonas and causing physiological dysfunction in the sturgeons. The disorder was followed by significant inhibition of intestinal digestion with reduced chymotrypsin, α-amylase, and lipase activities in the valve intestine and of antioxidant function with reduced peroxidase (POD) and catalase (CAT) activities. Simultaneously, heat stress reduced the thermal tolerance of sturgeons by reducing Grp75 expression and damaged the valve intestine’s repair ability with increased Tgf-β expression. The results confirmed that heat stress damaged the sturgeon intestines obviously and disturbed the intestinal microbiota, resulting in serious physiological dysfunction. The present study investigated the mechanism of the effect of heat stress on the sturgeon intestine and will help develop strategies to improve the resistance to thermal stress for wild and cultured sturgeons. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A temperatura, um importante fator ambiental abiótico, regula várias funções fisiológicas em caracóis terrestres e, portanto, determina sua distribuição biogeográfica. Assim, espécies com diferentes distribuições podem apresentar diferentes limites de tolerância térmica. Adicionalmente, a reativação intensa da taxa metabólica do caracol ao despertar da hibernação ou estivação pode provocar estresse. Os caracóis terrestres Helix lucorum apresentam uma ampla distribuição altitudinal, resultando em populações expostas a diferentes variações sazonais de temperatura. O objetivo do presente estudo foi investigar a expressão de proteínas de choque térmico (Hsps), quinases ativadas por mitógenos (MAPKs) e proteínas relacionadas à apoptose (Bcl-2, ubiquitina), que possuem funções 'citoprotetoras' e também são consideradas indicadores confiáveis de estresse devido ao seu papel crucial na manutenção da homeostase celular. Essas proteínas foram avaliadas em indivíduos de H. lucorum de duas populações diferentes, uma em Axios (nível do mar, 0 m) e outra em Kokkinopilos (Olimpo, 1250 m), bem como após trocas populacionais mútuas, a fim de descobrir se as diferentes respostas dessas proteínas relacionadas ao estresse dependem apenas da temperatura ambiental. Os resultados mostraram níveis alterados sazonalmente em todas as proteínas estudadas no hepatopâncreas e no pé dos caracóis, tanto entre diferentes populações quanto entre as mesmas populações expostas a altitudes variadas. No entanto, indivíduos da mesma população em seu habitat nativo ou aclimatados a um habitat diferente mostraram um padrão de expressão relativamente similar, apoiando a indução das proteínas específicas de acordo com a história de vida de cada espécie. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Seasonal cellular stress phenomena and phenotypic plasticity in land snail Helix lucorum populations from different altitudes: Temperature, a major abiotic environmental factor, regulates various physiological functions in land snails and therefore determines their biogeographical distribution. Thus, species with different distributions may present different thermal tolerance limits. Additionally, the intense reactivation of snail metabolic rate upon arousal from hibernation or estivation may provoke stress. Land snails, Helix lucorum, display a wide altitudinal distribution resulting in populations being exposed to different seasonal temperature variations. The aim of the present study was to investigate the expression of heat shock proteins (Hsps), mitogen activated protein kinases (MAPKs) and proteins that are related to apoptosis (Bcl-2, ubiquitin), that have 'cytoprotective' roles and are also considered to be reliable indicators of stress because of their crucial role in maintaining cellular homeostasis. These proteins were assessed in H. lucorum individuals from two different populations, one at Axios (sea level, 0 m) and the other at Kokkinopilos (Olympus, 1250 m), as well as after mutual population exchanges, in order to find out whether the different responses of these stress-related proteins depend solely on the environmental temperature. The results showed seasonally altered levels in all studied proteins in the hepatopancreas and foot of snails, both among different populations and between the same populations exposed to varying altitudes. However, individuals of the same population in their native habitat or acclimatized to a different habitat showed a relatively similar pattern of expression, supporting the induction of the specific proteins according to the life history of each species. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

As antocianinas possuem propriedades anti-inflamatórias, anticarcinogênicas e antioxidantes, efeitos antienvelhecimento, bem como aplicação potencial como pigmentos. O metabolismo das antocianinas em alimentos fermentados tem atraído atenção crescente. Entretanto, o efeito da fermentação por bactérias do ácido lático (BAL) em sua atividade antienvelhecimento permanece amplamente desconhecido. O presente estudo teve como objetivo investigar as composições, atividades antioxidantes e efeito antienvelhecimento das antocianinas fermentadas da batata-doce roxa (AFBR) no envelhecimento de Caenorhabditis elegans em comparação com as antocianinas brutas da batata-doce roxa (ABR). Os resultados mostraram que as antocianinas foram degradadas em ácidos fenólicos mais biodisponíveis pela fermentação com Weissella confusa. ABR e AFBR podem estender a vida útil de C. elegans em 26,7% e 37,5%, respectivamente, através da melhoria da atividade de enzimas antioxidantes, bem como da diminuição do conteúdo de MDA, níveis de ERO e acúmulo de lipofuscina. O pré-tratamento dos vermes com ABR e AFBR induziu seu potencial para resistir à tolerância térmica e ao estresse oxidativo, e AFBR exerceu um maior efeito antiestresse do que ABR. Além disso, a suplementação com AFBR regulou positivamente as expressões de mRNA dos genes daf-16, hsp-16.2, sir-2.1, skn-1 e sod-3 e regulou negativamente a expressão de daf-2 nos nematódeos, enquanto ABR apenas induziu o aumento nas expressões de sir-2.1, skn-1 e sod-3. No geral, AFBR pode melhorar a resistência ao estresse e estender a vida útil de C. elegans tanto pela via de sinalização da insulina/IGF-1 quanto pela via de restrição alimentar, fornecendo uma base teórica para a aplicação de ABR em alimentos fermentados como pigmentos funcionais. © 2021 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Anti-aging effects of the fermented anthocyanin extracts of purple sweet potato on: Caenorhabditis elegans: Anthocyanins have anti-inflammatory, anticarcinogenic and antioxidant properties and anti-aging effects as well as potential application as pigments. The metabolism of anthocyanins in fermented food has attracted increasing attention. However, the effect of lactic acid bacteria (LAB) fermentation on its anti-aging activity remains mostly unknown. The current study aimed to investigate the compositions, antioxidant activities and anti-aging effect of fermented purple sweet potato anthocyanins (FSPA) on aging Caenorhabditis elegans compared to raw purple sweet potato anthocyanins (PSPA). Results showed that anthocyanins were degraded into more bioavailable phenolic acids by Weissella confusa fermentation. PSPA and FSPA can extend the lifespan of C. elegans by 26.7% and 37.5%, respectively, through improving the activity of antioxidant enzymes as well as decreasing MDA content, ROS levels and lipofuscin accumulation. Pretreatment of the worms with PSPA and FSPA induced their potential to resist to thermal tolerance and oxidative stress, and FSPA exerted a higher anti-stress effect than PSPA. Moreover, FSPA supplementation upregulated the mRNA expressions of genes daf-16, hsp-16.2, sir-2.1, skn-1 and sod-3 and downregulated the expression of daf-2 in the nematodes, whereas PSPA only induced the increase in the expressions of sir-2.1, skn-1 and sod-3. Overall, FSPA can improve stress resistance and extend the lifespan of C. elegans by both insulin/IGF-1 signaling pathway and dietary restriction pathway, providing a theoretical basis for the application of PSPA in fermented food as functional pigments. © 2021 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cirurgia, radioterapia e quimioterapia têm sido relatadas como os principais tratamentos para o câncer, que é uma das doenças mais letais reportadas. No entanto, devido à alta invasividade nos pacientes, a hipertermia oncológica tem sido estudada como um tratamento não invasivo. A hipertermia utiliza uma diferença na tolerância térmica entre células normais e cancerígenas e fornece estímulo térmico à parte afetada para matar seletivamente as células cancerígenas. Para desenvolver condições eficazes para hipertermia, é necessário um estudo in vitro para avaliar a tolerância térmica. Entretanto, como os recipientes de cultura celular existentes não podem controlar a temperatura de cultura, a genuína tolerância térmica das células não pode ser investigada adequadamente. Para revelar a temperatura crítica adequada para hipertermia, desenvolvemos um dispositivo de cultura que controla a temperatura de cultura. Com o dispositivo desenvolvido, a temperatura de cultura foi regulada consideravelmente mais rapidamente do que o método convencional com os recipientes existentes, o que nos permitiu estudar a tolerância térmica das células adequadamente. Para o controle da temperatura de cultura, o dispositivo possui um substrato de cultura de titânio, onde um elemento Peltier é fixado. Como a biocompatibilidade do dispositivo foi confirmada, a diferença na tolerância térmica entre células normais e cancerígenas foi investigada usando o dispositivo desenvolvido, bem como fibroblastos dérmicos humanos normais e Michigan Cancer Foundation-7 como espécies celulares modelo. Portanto, foi confirmado que as células cancerígenas eram mais sensíveis ao estímulo térmico do que as células normais, o que foi qualitativamente consistente com estudos anteriores. Assim, nosso dispositivo desenvolvido pode ser usado para investigar a tolerância térmica de cada espécie celular, o que contribuirá para o desenvolvimento da hipertermia oncológica. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Titanium Culture Vessel Capable of Controlling Culture Temperature for Evaluation of Cell Thermotolerance: Surgery, radiation therapy, and chemical therapy have been reported as the main treatments for cancer, which is one of the deadliest reported diseases. However, because of the high invasiveness of patients, cancer hyperthermia has been studied as a non-invasive treatment. Hyperthermia uses a difference in thermal tolerance between normal and cancer cells and provides an affected part thermal stimulation to kill cancer cells selectively. To develop effective conditions for hyperthermia, an in vitro study to evaluate the thermal tolerance is required. However, because the existing cell culture vessels cannot control the culture temperature, genuine thermal tolerance of cells cannot be investigated appropriately. To reveal the critical temperature proper for hyperthermia, we developed a culture device controlling culture temperature. With the developed device, culture temperature was regulated considerably more quickly than the conventional method with the existing vessels, which enabled us to study the thermal tolerance of cells appropriately. For the control of culture temperature, the device has a titanium culture substrate, where a Peltier element is adhered. Because the biocompatibility of the device was confirmed, the difference in thermal tolerance between normal and cancer cells was investigated using the developed device as well as normal human dermal fibroblasts and Michigan Cancer Foundation-7 as model cell species. Therefore, it was confirmed that cancer cells were more sensitive to thermal stimulation than normal cells, which was qualitatively consistent with previous studies. Thus, our developed device can be used to investigate the thermal tolerance of each cell species, which will contribute to the development of cancer hyperthermia. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O mexilhão-zebra, Dreissena polymorpha, continua a se espalhar de sua área nativa na Eurásia para a Europa e América do Norte, causando bilhões de dólares em danos e alterando drasticamente os ecossistemas aquáticos invadidos. Apesar desses impactos, existem poucos recursos genômicos para Dreissena ou bivalves relacionados. Embora o genoma de D. polymorpha seja altamente repetitivo, utilizamos uma combinação de sequenciamento de leitura longa e scaffolding baseado em Hi-C para gerar um assembly genômico de alta qualidade em escala cromossômica. Através de análise comparativa e experimentos de transcriptômica, obtivemos insights sobre processos que provavelmente controlam o sucesso invasivo dos mexilhões-zebra, incluindo formação da concha, síntese de filamentos do bisso e tolerância térmica. Identificamos múltiplos elementos íntegros semelhantes ao steamer, um retrotransposon que tem sido associado ao câncer transmissível em mariscos marinhos. Também descobrimos que D. polymorpha possui um genoma mitocondrial incomum de 67 kb contendo numerosas repetições em tandem, tornando-o o maior observado em Eumetazoa. Juntos, esses achados criam um recurso valioso para pesquisas e esforços de controle de espécies invasoras. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The genome of the zebra mussel, Dreissena polymorpha: a resource for comparative genomics, invasion genetics, and biocontrol: The zebra mussel, Dreissena polymorpha, continues to spread from its native range in Eurasia to Europe and North America, causing billions of dollars in damage and dramatically altering invaded aquatic ecosystems. Despite these impacts, there are few genomic resources for Dreissena or related bivalves. Although the D. polymorpha genome is highly repetitive, we have used a combination of long-read sequencing and Hi-C-based scaffolding to generate a high-quality chromosome-scale genome assembly. Through comparative analysis and transcriptomics experiments, we have gained insights into processes that likely control the invasive success of zebra mussels, including shell formation, synthesis of byssal threads, and thermal tolerance. We identified multiple intact steamer-like elements, a retrotransposon that has been linked to transmissible cancer in marine clams. We also found that D. polymorpha have an unusual 67 kb mitochondrial genome containing numerous tandem repeats, making it the largest observed in Eumetazoa. Together these findings create a rich resource for invasive species research and control efforts. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A abelha melífera europeia, Apis mellifera L., é o polinizador manejado individualmente mais valioso do mundo. A saúde deficiente da colônia ou perdas anormalmente altas de colônias de abelhas melíferas manejadas resultam de uma miríade de fatores de estresse, que são mais prejudiciais em combinação. Espera-se que as mudanças climáticas acentuem os efeitos desses fatores de estresse, mas as respostas fisiológicas e comportamentais das abelhas melíferas a temperaturas elevadas, enquanto sob influência simultânea de um ou mais fatores de estresse, permanecem amplamente desconhecidas. Aqui testamos a hipótese de que a exposição a doses agudas e subletais de inseticidas neonicotinoides reduz a tolerância térmica em abelhas melíferas. Administramos a abelhas doses orais de imidacloprido e acetamiprido em 1/5, 1/20 e 1/100 da DL₅₀ e medimos sua tolerância ao calor 4 horas após a alimentação, usando protocolos dinâmicos e estáticos. Contrariamente às nossas expectativas, a exposição aguda a doses subletais de ambos os inseticidas resultou em maior tolerância térmica e maiores taxas de sobrevivência das abelhas. Abelhas que ingeriram as doses mais altas de inseticidas apresentaram uma temperatura crítica máxima de 2°C a 5°C maior do que a do grupo de controle, e redução de 67% a 87% na mortalidade. Nosso estudo sugere uma resiliência das abelhas melíferas a altas temperaturas quando outros fatores de estresse estão presentes, o que é consistente com estudos em outros insetos. Discutimos as implicações desses resultados e hipotetizamos que esse efeito compensatório provavelmente se deve à indução de proteínas de choque térmico pelos inseticidas, o que fornece proteção temporária contra temperaturas elevadas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acute exposure to sublethal doses of neonicotinoid insecticides increases heat tolerance in honey bees: The European honey bee, Apis mellifera L., is the single most valuable managed pollinator in the world. Poor colony health or unusually high colony losses of managed honey bees result from a myriad of stressors, which are more harmful in combination. Climate change is expected to accentuate the effects of these stressors, but the physiological and behavioral responses of honey bees to elevated temperatures while under simultaneous influence of one or more stressors remain largely unknown. Here we test the hypothesis that exposure to acute, sublethal doses of neonicotinoid insecticides reduce thermal tolerance in honey bees. We administered to bees oral doses of imidacloprid and acetamiprid at 1/5, 1/20, and 1/100 of LD<inf>50</inf> and measured their heat tolerance 4 h post-feeding, using both dynamic and static protocols. Contrary to our expectations, acute exposure to sublethal doses of both insecticides resulted in higher thermal tolerance and greater survival rates of bees. Bees that ingested the higher doses of insecticides displayed a critical thermal maximum from 2 ̊C to 5 ̊C greater than that of the control group, and 67%–87% reduction in mortality. Our study suggests a resilience of honey bees to high temperatures when other stressors are present, which is consistent with studies in other insects. We discuss the implications of these results and hypothesize that this compensatory effect is likely due to induction of heat shock proteins by the insecticides, which provides temporary protection from elevated temperatures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Termoterapia e quimioterapia têm recebido ampla atenção no tratamento de tumores. Entretanto, a tolerância térmica e a resistência a medicamentos limitam severamente o efeito clínico da terapia tumoral devido ao estresse do retículo endoplasmático (RE). Reduzir a tolerância térmica e a resistência a medicamentos dos tumores é um desafio urgente a ser resolvido. Neste trabalho, projetamos uma nanoplataforma de PBA-Dtxl@MIL-101 como um inibidor do RE. Nanopartículas de estrutura metal-orgânica de Fe funcionalizadas com amino grupos (MIL-101) são sintetizadas como sistema de entrega de medicamentos com dupla resposta a estímulos de pH e micro-ondas (MW). Em seguida, as chaperonas químicas de ácido 4-fenilbutírico (PBA) e o medicamento antineoplásico Docetaxel (Dtxl) foram carregados com sucesso nas nanopartículas de MIL-101 para formar nanopartículas de PBA-Dtxl@MIL-101. Além disso, as nanopartículas de PBA-Dtxl@MIL-101 exibem efeito inibidor do estresse do RE através da regulação positiva de proteínas caspase 9 e reduzem a tolerância térmica pela regulação negativa de HSP 90. Foi demonstrado que a terapia sensibilizada pelas nanopartículas de PBA-Dtxl@MIL-101 destruiu obviamente as células tumorais, mostrando simultaneamente termo-quimioterapia aprimorada. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Chemical chaperone delivered nanoscale metal–organic frameworks as inhibitor of endoplasmic reticulum for enhanced sensitization of thermo-chemo therapy: Thermotherapy and chemotherapy have received extensive attention to tumor treatment. However, thermal tolerance and drug resistance severely limit clinical effect of tumor therapy owing to endoplasmic reticulum (ER) stress. Reducing thermal tolerance and drug resistance of tumors is an urgent challenge to be solved. In this work, we design a nanoplatform of PBA-Dtxl@MIL-101 as an ER inhibitor. Amino functionalized Fe-metal organic framework (MIL-101) nanoparticles are synthesized as pH and microwave (MW) dual stimuli-responsive drug delivery system. Then, the chemical chaperones of 4-phenylbutyric acid (PBA) and antineoplastic drug Docetaxel (Dtxl) were successfully loaded into MIL-101 nanoparticles to form PBA-Dtxl@MIL-101 nanoparticles. Furthermore, PBA-Dtxl@MIL-101 nanoparticles exhibit inhibitor effect of ER stress through upregulating caspase 9 proteins and reduce thermal tolerance by downregulating HSP 90. It was demonstrated that the therapy sensitized by PBA-Dtxl@MIL-101 nanoparticles obviously destroyed tumor cells, showing simultaneously enhanced thermo-chemo therapy. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O cromo (Cr) é considerado o poluente ubíquo mais comum para animais aquáticos, incluindo peixes. Um experimento foi conduzido para determinar a toxicidade aguda e crônica do Cr, pH e alta temperatura em Anabas testudineus. A concentração letal (LC₅₀) do Cr sozinho foi determinada como 55,02 mg L⁻¹, Cr e pH baixo 48,19 mg L⁻¹ e Cr, pH baixo e alta temperatura 47,16 mg L⁻¹. A toxicidade crônica de baixa dose de Cr, pH e alta temperatura (1/10 e 1/20 da LC₅₀) foi projetada para executar o experimento por 72 dias. As enzimas de estresse e biomarcadores determinados foram: superóxido dismutase, catalase, glutationa peroxidase, glutationa-S-transferase, peróxido lipídico, acetilcolina esterase, cortisol, HSP-70, glicose sanguínea, aspartato aminotransferase, alanina aminotransferase e malato desidrogenase, lactato desidrogenase, ATPase e genotoxicidade neste estudo. Também estudamos a resposta integrada de biomarcadores (IBR), que revelou que a toxicidade do Cr aumentou com a exposição simultânea ao pH e alta temperatura. Todos os atributos bioquímicos foram significativamente alterados com a exposição ao Cr sozinho e com pH baixo e alta temperatura, exceto SOD branquial. Além disso, a tolerância térmica também foi determinada, e os resultados revelaram que a tolerância térmica foi significativamente reduzida com a exposição ao Cr sozinho e Cr e exposição a pH baixo em A. testudineus. O presente estudo concluiu que a toxicidade crônica do Cr é aumentada com pH baixo e alta temperatura e levou à compreensão da abordagem múltipla da toxicidade do Cr que afeta biomarcadores de estresse, estresse metabólico celular e tolerância térmica de A. testudineus. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Multi-biomarker approach to assess chromium, pH and temperature toxicity in fish: Chromium (Cr) is considered as the most common ubiquitous pollutant for aquatic animals including fish. An experiment was conducted to determine the acute and chronic toxicity of Cr, pH and high temperature in Anabas testudineus. Lethal concentration (LC<inf>50</inf>) of Cr alone was determined as 55.02 mg L−1, Cr and low pH 48.19 mg L−1 and Cr, low pH and high temperature 47.16 mg L−1. The chronic toxicity of low dose of Cr, pH and high temperature (1/10th and 1/20th of LC<inf>50</inf>) was designed to execute the experiment for 72 days. The stress enzymes and biomarkers were determined viz. superoxide dismutase, catalase, glutathione peroxidase, glutathione-s-transferase, lipid peroxide, acetylcholine esterase, cortisol, HSP-70, blood glucose, aspartate amino transferase, alanine amino transferase and malate dehydrogenase, lactate dehydrogenase, ATPase and genotoxicity in this study. We had also studied the integrated biomarker response (IBR), which revealed that Cr toxicity enhanced with concurrent exposure to pH and high temperature. All the biochemical attributes were significantly altered with exposure to Cr alone and with low pH and high temperature except gill SOD. Further, thermal tolerance was also determined, and results revealed that thermal tolerance was significantly reduced with exposure to Cr alone and Cr and low pH exposure in A. testudineus. The present study concluded that, the chronic toxicity of Cr is enhanced with low pH and high temperature and it has led to understanding the multi-approach of Cr toxicity which affect, stress biomarkers, cellular metabolic stress and thermal tolerance of A. testudineus. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância à temperatura de Gracilariopsis lemaneiformis cultivada por quase 35 anos foi comparada com sua contraparte selvagem após exposição por 24 horas a diferentes temperaturas (variando de 9 a 29°C), através da análise de diferentes parâmetros de fotossíntese e respiração, fluorescência da clorofila a, sistema de dano/defesa por estresse oxidativo e resposta de proteínas de choque térmico. O índice de desempenho (PIABS) e a taxa de transporte de elétrons das cepas cultivadas foram significativamente menores do que os das cepas selvagens a 9°C e significativamente melhores a 29°C. Além disso, o rendimento quântico máximo do PSII (FV/FM), bem como as taxas de fotossíntese e respiração da cepa cultivada, também foram significativamente melhores do que os da cepa selvagem a 29°C. Os níveis de malondialdeído e H2O2 da cepa cultivada foram significativamente menores do que os da cepa selvagem a 29°C. As atividades de ascorbato peroxidase (APX) e glutationa peroxidase (GSH-PX), o nível de expressão de hsp70 e o conteúdo proteico de hsp70 da cepa cultivada foram maiores do que os da cepa selvagem a 29°C. Danos resultantes da peroxidação lipídica de membrana foram evidentes na cepa selvagem em alta temperatura, o que diminuiu a fotossíntese na cepa selvagem quando comparada à cepa cultivada. Com base nos resultados acima, concluímos que a G. lemaneiformis cultivada apresenta agora menor tolerância à baixa temperatura e maior tolerância à alta temperatura, o que pode estar relacionado à adaptação de longo prazo da planta ao método de cultivo. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Changes in the temperature tolerance profile of Gracilariopsis lemaneiformis from the perspective of photosynthesis, respiration, and biochemical markers after many years of vegetative propagation: The temperature tolerance of Gracilariopsis lemaneiformis cultivated for nearly 35 years was compared to its wild-type counterpart after exposing them for 24-h to different temperatures (ranging from 9 to 29°C), by surveying different parameters of photosynthesis and respiration, chlorophyll a fluorescence and oxidative stress damage/defense system, and the heat shock protein response. The performance index (PI<inf>ABS</inf>) and the electron transport rate of the cultivated strains were significantly lower than those of the wild strains at 9°C and significantly better at 29°C. Additionally, the maximum quantum yield of PSII (F<inf>V</inf>/F<inf>M</inf>), as well as photosynthesis and respiration rates of the cultivated strain, was also significantly better than those of the wild strain at 29°C. The malondialdehyde and H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> level of the cultivated strain were significantly lower than the wild strain at 29°C. The ascorbate peroxidase (APX) and glutathione peroxidase (GSH-PX) activities, hsp70 expression level, and hsp70 protein content of the cultivated strain were higher than the wild strain at 29°C. Damage resulting from membrane lipid peroxidation was evident in the wild strain at the high temperature, which decreased photosynthesis in the wild strain when compared to the cultivated strain. Based on the above outcomes, we conclude that cultivated G. lemaneiformis now has a weaker low-temperature tolerance and a greater high-temperature tolerance which may be related to long-term plant adaptation to the cultivation method. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas têm o potencial de afetar drasticamente a fisiologia térmica das espécies e podem alterar a ecologia e evolução das linhagens das espécies. Neste trabalho, investigamos a transição da dinâmica na resposta ao choque térmico quando o estresse térmico se aproxima dos limites térmicos superiores das espécies para entender como as mudanças climáticas podem afetar as respostas ao choque térmico em ectotérmicos e endotérmicos. A proteína de choque térmico 70, HSP70, previne a desnaturação ou dobramento incorreto de proteínas sob estresses térmicos. Quando o estresse térmico aumenta, o número de proteínas mal dobradas aumenta, o que leva a altos níveis da proteína HSP70. No entanto, quando as temperaturas se aproximam dos limites de tolerância térmica (ou seja, a temperatura crítica máxima, CTmax, para ectotérmicos e a temperatura crítica superior, SCT, para endotérmicos), os níveis de síntese da proteína HSP70 começam a diminuir. Assim, nossa hipótese é que a temperatura na primeira redução da abundância de HSP indica os limites térmicos da espécie. Neste trabalho, fornecemos um modelo matemático para investigar o comportamento das respostas ao choque térmico relacionadas à proteína HSP70. Este modelo captura a dinâmica da proteína HSP70 e do mRNA Hsp70, em células HeLa (ou seja, representativas para endotérmicos) e múltiplas espécies de peixes (ou seja, representativas para ectotérmicos) com diferentes históricos de aclimatação. Com base em nossa hipótese da relação entre o nível da proteína HSP70 e CTmax/SCT, nosso modelo fornece três métodos para prever o CTmax de peixes com temperatura de aclimatação variável e o SCT de células HeLa. O CTmax aumenta à medida que a temperatura de aclimatação aumenta em peixes, no entanto o CTmax estabiliza quando a temperatura de aclimatação é superior a 20°C no truta-de-riacho, um salmonídeo de água fria representativo. Nosso modelo também captura a situação de que a reação ao choque térmico em peixes é mais sensível à temperatura do choque térmico do que em células HeLa, quando a temperatura do choque térmico é inferior à tolerância térmica superior. No entanto, tanto peixes quanto células HeLa são sensíveis à temperatura do choque térmico quando a temperatura atinge os limites de tolerância térmica. Adicionalmente, nosso resultado de análise de sensibilidade indica que o status de alguns componentes na reação ao choque térmico muda quando a temperatura atinge a tolerância térmica, resultando em falha no redobramento de proteínas em peixes e acelerando o processo de redobramento em células HeLa. A análise matemática também é aplicada em um modelo matemático simplificado para investigar a dinâmica detalhada do modelo, como os estados estacionários do substrato, mRNA Hsp70 e proteína HSP70, em diferentes estresses térmicos. A comparação entre o modelo original e o modelo simplificado mostra que a inibição da transcrição da proteína HSP70 por estresses térmicos leva à redução na proteína HSP70 em temperaturas extremas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mathematical modeling and analysis of the heat shock protein response during thermal stress in fish and HeLa cells: The climate change has the potential to dramatically affect species’ thermal physiology and may change the ecology and evolution of species’ lineages. In this work, we investigated the transition of dynamics in the heat shock response when the thermal stress approaches the upper thermal limits of species to understand how the climate change may affect the heat shock responses in ectotherms and endotherms. The heat shock protein 70, HSP70, prevents protein denaturation or misfolding under thermal stresses. When thermal stress increases, the number of misfolded proteins increases, which leads to high levels of HSP70 protein. However, when temperatures approach limits of thermal tolerance (i.e., the critical thermal maximum, CTmax, for ectotherms and the superior critical temperature, SCT, for endotherms), levels of HSP70 protein synthesis start to decrease. Thus, we hypothesized that the temperature at the first reduction of HSP abundance indicates the thermal limits of the species. In this work, we provide a mathematical model to investigate the behavior of the heat shock responses related to HSP70 protein. This model captures the dynamics of HSP70 protein and Hsp70 mRNA, in HeLa cells (i.e., representative for endotherms) and multiple species of fishes (i.e., representative for ectotherms) with different acclimation histories. Based on our hypothesis of the relationship between the HSP70 protein level and CTmax/SCT, our model provides three methods to predict the CTmax of fishes with varying acclimation temperature and the SCT of HeLa cells. The CTmax increases as the acclimation temperature increases in fishes, however the CTmax plateaus when the acclimation temperature is higher than 20°C in brook trout, a representative cool water salmonid. Our model also captures the situation that the heat shock reaction in fish is more sensitive to the heat shock temperature than HeLa cells, when the heat shock temperature is lower than the upper thermal tolerance. However, both fish and HeLa cells are sensitive to the heat shock temperature when the temperature reaches the thermal tolerance limits. Additionally, our sensitive analysis result indicates that the status of some components in the heat shock reaction changes when the temperature reaches the thermal tolerance resulting in failure in protein refolding in fish and speeding up the refolding process in HeLa cells. Mathematical analysis is also applied on a simplified mathematical model to investigate the detailed dynamics of the model, such as the steady states of the substrate, Hsp70 mRNA, and HSP70 protein, at different thermal stresses. The comparison between the original model and simplified model shows that the inhibition on HSP70 protein transcription by thermal stresses leads to the reduction in HSP70 protein at extreme temperatures. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ondas de calor representam um desafio para os ectotérmicos aquáticos. No entanto, a tolerância térmica dos animais e sua plasticidade fenotípica individual para responder às ondas de calor podem ser influenciadas pelo histórico térmico. Testamos essas hipóteses comparando a tolerância térmica superior e as capacidades individuais de esgana-gatos de populações com diferentes históricos térmicos para responder às ondas de calor. Duas populações eram originárias de habitats termicamente poluídos de usinas nucleares, enquanto quatro locais representavam áreas de controle geograficamente adjacentes. Para separar a adaptação genética da resposta plástica fenotípica, medimos a tolerância térmica superior individual e as respostas em nível molecular em condições de jardim comum antes e depois de uma onda de calor simulada em laboratório. Descobrimos que os esgana-gatos exibem plasticidade fenotípica considerável na tolerância térmica, uma vez que a onda de calor aumentou significativamente a tolerância térmica superior dos peixes. A plasticidade individual para responder à onda de calor também foi negativamente correlacionada com a tolerância térmica inicial. Por outro lado, nem a tolerância térmica nem as respostas plásticas diferiram entre os locais de usinas nucleares e de controle, apesar da detecção de divergência genômica significativa, porém baixa, em 10 de 15 comparações pareadas. Nossos resultados sugerem que cinco décadas de atividade de usinas nucleares com água mais quente não resultaram em uma mudança evolutiva detectável na tolerância térmica superior ou em sua plasticidade nos esgana-gatos, potencialmente tornando-os sensíveis a ondas de calor frequentes. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Are you ready for the heat? Phenotypic plasticity versus adaptation of heat tolerance in three-spined stickleback: Heat waves constitute a challenge for aquatic ectotherms. However, the thermal tolerance of animals and their individual phenotypic plasticity to respond to heat waves may be influenced by thermal history. We tested these hypotheses by comparing the upper thermal tolerance and the individual capacities of three-spined sticklebacks from populations with different thermal histories to respond to heat waves. Two populations originated from thermally polluted nuclear power plant (NPP) habitats, while four locations represented geographically adjacent control areas. To disentangle the genetic adaptation from the phenotypic plastic response, we measured the individual upper thermal tolerance and the responses at molecular level in common-garden conditions before and after a laboratory-mimicked heat wave. We found that the sticklebacks exhibit considerable phenotypic plasticity in thermal tolerance since the heat wave increased fish upper thermal tolerance significantly. The individual plasticity to respond to the heat wave was also negatively correlated with initial thermal tolerance. On the other hand, neither the thermal tolerance nor the plastic responses differed between NPP and control sites despite detection of significant but low genome-wide divergence in 10 out of 15 pairwise comparisons. Our results suggest that five decades of NPP activity with warmer water have not resulted in a detectable evolutionary change in either the upper thermal tolerance or its plasticity in three-spined sticklebacks potentially rendering them sensitive to frequent heat waves. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os efeitos prejudiciais do estresse térmico agudo (ETA) na produção avícola têm sido amplamente relatados. Desvendar as respostas fisiológicas e metabólicas ao ETA poderia ajudar a fornecer base teórica para desenvolver estratégias para mitigar danos musculares induzidos por hipertermia. Aqui, investigamos os efeitos de diferentes durações de ETA (45 °C por 0,5, 1, 2 e 4 h) em miotubos aviários diferenciados. Os resultados indicaram que o ETA destruiu a morfologia dos miotubos diferenciados, e o grau de dano aumentou com a prolongação do ETA. O perfil transcricional dinâmico identificou 67, 467, 1355 e 2627 genes diferencialmente expressos (GDEs) após 0,5, 1, 2 e 4 h de estresse térmico, respectivamente. Apenas 50 GDEs foram regulados em todos os pontos temporais. Além disso, genes envolvidos no ciclo celular, processo metabólico e resposta imune foram regulados positivamente sob estresse térmico de curto prazo (0,5 e 1 h). No entanto, essas respostas de tolerância térmica foram suprimidas sob estresse térmico prolongado (2 e 4 h). Adicionalmente, a rápida resposta dos genes de chaperonas moleculares pode ser um alvo principal para aclimatação à hipertermia. No geral, as atuais análises de transcriptoma revelam as mudanças dinâmicas dos miotubos aviários ao ETA e promovem a compreensão dos mecanismos moleculares envolvidos na resposta ao estresse térmico em aves. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative transcriptome analyses reveal the dynamic responses of avian myotubes to acute heat stress: The detrimental effects of acute heat stress (AHS) on poultry production have been widely reported. Unraveling the physiological and metabolic responses to AHS could help to provide theoretical basis for developing strategies to mitigate hyperthermia-induced muscle damage. Here, we investigated the effects of different durations of AHS (45 °C for 0.5, 1, 2 and 4 h) on differentiated avian myotubes. Results indicated that AHS destroyed the morphology of differentiated myotubes, and the degree of damage increased with the prolongation of AHS. Dynamic transcriptomic profiling identified 67, 467, 1355 and 2627 differentially expressed genes (DEGs) after 0.5, 1, 2, and 4 h of heat stress, respectively. Only 50 DEGs were regulated across all time points. In addition, genes involved in cell cycle, metabolic process and immune response were upregulated upon short-term heat stress (0.5 and 1 h). However, these thermal-tolerance responses were suppressed upon prolonged heat stress (2 and 4 h). Furthermore, the quick response of molecular chaperone genes might be major targets for acclimation to hyperthermia. Overall, the current transcriptome analyses reveal the dynamic changes of avian myotubes to AHS and promote an understanding of the molecular mechanisms involved in the heat stress response in poultry. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A ação climática foi um dos principais objetivos dos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas (ou seja, ODS da ONU: 13), que é "tomar medidas urgentes para combater a mudança climática e seus impactos". A Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC) também concordou em melhorar as estratégias de mitigação e adaptação à mudança climática, juntamente com os objetivos dos ODS. A tolerância térmica foi proposta como uma das possíveis estratégias de adaptação para animais afetados por efeitos antropogênicos e calor excessivo da mudança climática. No entanto, nenhuma análise cienciométrica da pesquisa sobre tolerância térmica foi conduzida até o momento. Como resultado, o objetivo deste estudo foi reunir informações da literatura para determinar o estado atual da tolerância térmica, tendências de desenvolvimento e pesquisa atual. Os pesquisadores poderão entender melhor as tendências e o desenvolvimento da área temática de pesquisa da tolerância térmica usando a análise cienciométrica para gerar dados sobre tolerância térmica. Para análise de frequência, coocorrência, cocitação, agrupamento e explosão, foi utilizado o software CiteSpace. A revisão cienciométrica de estudos sobre tolerância térmica de 1970 a 2021 (5243 estudos) revela aumentos significativos no tamanho da literatura, na frequência de citações e nos hotspots investigados. Susan Lindquist e o Journal of Thermal Biology são os autores e periódicos mais influentes, respectivamente. Os agrupamentos mais comuns relacionados à área temática da tolerância térmica são consumo de oxigênio e proteína de choque térmico, com mudança climática e temperatura sendo uma das palavras-chave mais populares. Concluímos que, juntamente com o campo próspero e as questões de mudança climática, a tolerância térmica está se tornando um dos interesses de pesquisa futuros. Além disso, conhecer as tendências e desenvolvimentos atuais da tolerância térmica em espécies aquáticas é importante para várias partes interessadas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Trends and developments in thermal tolerance: A scientometric research study: Climate action was among one of the main targets for the United Nation Sustainable Development Goals (i.e. UN SDG: 13), which is to "take urgent action to combat climate change and its impacts". The United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) is also concurred to improve climate change's mitigation and adaptation strategies along with the SDG's goals. Thermal tolerance has been proposed as one of the possible adaptation strategies for animals affected by anthropogenic effects and excess heat from climate change. However, no scientometrics analysis of thermal tolerance research has been conducted to date. As a result, the goal of this study was to gather information from the literature to determine the current state of thermal tolerance, development trends, and current research. Researchers will be able to better understand the trends and development of the thematic research area of thermal tolerance by using scientometric analysis to generate data on thermal tolerance. For frequency, co-occurrence, co-citation, clustering, and burst analysis, CiteSpace software was used. The scientometric review of thermal tolerance studies from 1970 to 2021 (5243 studies) reveals significant increases in the size of the literature, the frequency of citations, and the hotspots investigated. Susan Lindquist and the Journal of Thermal Biology are the most influential authors and journals, respectively. The most common clusters related to the thematic area of thermal tolerance are oxygen consumption and heat shock protein, with climate change and temperature being one of the most popular keywords. We concluded that, along with the thriving field and climate change issues, thermal tolerance is becoming one of the future research interests. In addition, knowing the current trends and developments of thermal tolerance in aquatic species is important for various stakeholders. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global tem levado comunidades científicas a considerar como aliviar o estresse térmico em humanos e animais. O presente estudo avaliou a suplementação com extrato de hsian-tsao (HTE) sobre o estresse térmico em Drosophila melanogaster e preliminarmente explicou seus possíveis mecanismos fisiológicos e moleculares. Nossos resultados indicaram que o tempo letal para 50% das moscas fêmeas alimentadas com HTE foi significativamente maior do que o das moscas machos na mesma temperatura de estresse térmico. Sob estresse térmico, o tempo de sobrevivência das fêmeas foi notavelmente aumentado nos grupos com adição de HTE comparado ao grupo sem adição. O endurecimento térmico por exposição aguda a 36°C por 30 min (9:00 às 9:30) todos os dias poderia prolongar significativamente a longevidade das fêmeas. Sem endurecimento térmico, o HTE aumentou a capacidade antioxidante das fêmeas sob estresse térmico, acompanhado por um incremento da atividade da catalase (CAT), e a inibição de radicais hidroxila (OH⋅) e ânions superóxido (⋅O₂–). A atividade da superóxido dismutase (SOD) e a inibição para ⋅O₂– foram significativamente afetadas pelo endurecimento térmico nos grupos sem adição de HTE, e diferenças significativas foram mostradas nas atividades de CAT e SOD, e na inibição para ⋅O₂– entre grupos com endurecimento térmico. Após exposição ao calor, a proteína de choque térmico 70 (Hsp70) foi apenas regulada positivamente no grupo com altos níveis de HTE adicionado comparado com o grupo sem, e isso foi similar no grupo com endurecimento térmico. Concluiu-se que a capacidade de alívio do estresse térmico do HTE pode ser parcialmente devido ao aumento das atividades enzimáticas de SOD e CAT, e à inibição de OH⋅ e ⋅O₂–. No entanto, os níveis de expressão de Hsp70 não foram bem relacionados com tolerância térmica ou sobrevivência ao calor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Hsian-Tsao (Mesona chinensis Benth.) Extract Improves the Thermal Tolerance of Drosophila melanogaster: Global warming has prompted scientific communities to consider how to alleviate thermal stress in humans and animals. The present study assessed the supplementation of hsian-tsao extract (HTE) on thermal stress in Drosophila melanogaster and preliminarily explicated its possible physiological and molecular mechanisms. Our results indicated that the lethal time for 50% of female flies fed on HTE was significantly longer than that of male flies at the same heat stress temperature. Under thermal stress, the survival time of females was remarkably increased in the HTE addition groups compared to the non-addition group. Thermal hardening by acute exposure to 36°C for 30 min (9:00 to 9:30 a.m.) every day could significantly prolong the longevity of females. Without thermal hardening, HTE increased the antioxidant capacity of females under heat stress, accompanied by an increment of catalase (CAT) activity, and the inhibition for hydroxyl radicals (OH⋅) and superoxide anions (⋅O<inf>2</inf>–). Superoxide dismutase (SOD) activity and the inhibition for ⋅O<inf>2</inf>– was significantly affected by thermal hardening in the non-HTE addition groups, and significant differences were shown in CAT and SOD activities, and the inhibition for ⋅O<inf>2</inf>– among groups with thermal hardening. After heat exposure, heat shock protein 70 (Hsp70) was only up-regulated in the group with high levels of added HTE compared with the group without and this was similar in the thermal hardening group. It was concluded that the heat stress-relieving ability of HTE might be partly due to the enhancement of enzymatic activities of SOD and CAT, and the inhibition for OH⋅ and ⋅O<inf>2</inf>–. However, the expression levels of Hsp70 were not well related to thermal tolerance or heat survival. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Bemisia tabaci Mediterrâneo (MED) é um complexo de espécies crípticas altamente invasivo encontrado nas regiões tropicais, subtropicais e temperadas do mundo. É uma praga severa de várias culturas e um vetor de vírus fitopatogênicos, particularmente geminivírus. A aclimatação térmica de insetos é crítica para a sobrevivência em condições de temperatura desfavoráveis. Observamos uma alta taxa de sobrevivência de B. tabaci MED na estufa não controlada que apresentava condições de temperatura flutuante (CTF) de 10°C a 60°C nas estações de primavera e verão. Nosso estudo mostrou que enquanto B. tabaci MED foi criado sob CTF por 10 semanas de abril a junho, sua taxa de sobrevivência aumentou gradualmente quando o choque térmico foi tratado a 50°C por 0,5 h. Em contraste, o mesmo tratamento de choque térmico foi letal na colônia criada sob condição de temperatura constante (CTC) no insetário controlado. Após aclimatação, as temperaturas letais LT₅₀, LT₉₅ e LT₁₀₀ sob CTC foram 47,7°C, 50,1°C e 50,3°C, enquanto aquelas sob CTF foram 59,8°C, 62,7°C e 63,0°C, respectivamente. Além disso, observamos que os níveis de transcrição de três genes de proteínas de choque térmico (HSP) investigados (hsp20, hsp70 e hsp90) foram menores sob CTF do que sob CTC. Este estudo sugere que B. tabaci MED retém alta capacidade de aclimatação ao calor, tornando-o tolerante a condições térmicas extremas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Developing extreme heat acclimation in Bemisia tabaci Mediterranean (Hemiptera: Aleyrodidae): Bemisia tabaci Mediterranean (MED) is a highly invasive cryptic species complex found in the world's tropical, subtropical, and temperate regions. It is a severe pest of various crops and a vector of plant pathogenic viruses, particularly geminiviruses. Thermal acclimation of insects is a critical for the survival in unfavorable temperature condition. We observed that great survival rate of B. tabaci MED at the uncontrolled greenhouse which had fluctuating temperature condition (FTC) from 10°C to 60°C in spring and summer season. Our study showed that while B. tabaci MED reared under FTC for 10 weeks from April to June, its survival rate was gradually increased when heat shock was treated 50°C for 0.5 h. In contrast, the same heat shock treatment was lethal in the colony reared under constant temperature condition (CTC) at the controlled insectary. After being acclimated, the lethal temperatures LT<inf>50</inf>, LT<inf>95</inf>, and LT<inf>100</inf> under CTC were 47.7°C, 50.1°C, and 50.3°C, whereas those under FTC were 59.8°C, 62.7°C, and 63.0°C, respectively. In addition, we observed that the transcript levels of three investigated heat shock protein (HSP) genes (hsp20, hsp70, and hsp90) were lower under FTC than under CTC. This study suggests that B. tabaci MED retains high heat acclimation ability, making it tolerant of extreme thermal conditions. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Numerosos estudos demonstraram que a tolerância térmica e a resistência intestinal ao calor estão fortemente associadas à aclimatação à temperatura. No entanto, poucos relatos conduziram com sucesso pesquisas semelhantes em peixes do Planalto do Qinghai-Tibet, uma área que enfrenta a ameaça do aquecimento climático. Portanto, o presente estudo determinou o crescimento, a tolerância térmica e as respostas ao estresse térmico intestinal (exposição a 30°C) em juvenis de um peixe tibetano, Oxygymnocypris stewarti, aclimatados a três níveis de temperatura (10°C, 15°C e 20°C, denominados T10, T15 e T20, respectivamente) por 30 dias. O crescimento mais rápido foi registrado no grupo T15. Na taxa de aquecimento de 1°C/30 min, a temperatura crítica máxima (CT<inf>Max</inf>) variou de 31,3°C a 32,3°C, e a temperatura letal máxima (LT<inf>Max</inf>) variou de 31,8°C a 32,6°C entre as três temperaturas de aclimatação. De acordo com os resultados dos testes de tolerância térmica, a temperatura de estresse térmico foi definida em 30°C. Quando a temperatura da água atingiu 30°C, a expressão do gene da proteína de choque térmico 70 (HSP70) intestinal, bem como o microbioma intestinal e a histologia dos peixes experimentais foram monitorados às 0, 2, 6 e 12 h. A expressão de HSP70 atingiu o nível mais alto às 2 h em todos os três tratamentos de temperatura. A análise histológica mostrou danos às células intestinais, incluindo infiltração difusa de linfócitos, inchaço das células epiteliais das vilosidades, diminuição do comprimento das vilosidades intestinais e coloração citoplasmática clara às 2 h em todos os três tratamentos de temperatura. Em termos do microbioma intestinal, os filos Proteobacteria e Firmicutes dominaram os tratamentos em cada tempo monitorado nos grupos T10 e T15 e às 0 h no grupo T20, enquanto os filos Fusobacteria, Proteobacteria e Cyanobacteria foram dominantes nos tratamentos às 2, 6 e 12 h no grupo T20. Os resultados gerais indicaram que a temperatura de aclimatação pode afetar o crescimento, a tolerância térmica e a resposta intestinal ao estresse térmico de juvenis de O. stewarti. Como o primeiro relato sobre a resposta intestinal ao estresse térmico associada à aclimatação à temperatura em um peixe tibetano, este estudo ajudará a compreender os efeitos potenciais das mudanças climáticas em peixes de planalto. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temperature Acclimation Alters the Thermal Tolerance and Intestinal Heat Stress Response in a Tibetan Fish Oxygymnocypris stewarti: Numerous studies have shown that thermal tolerance and intestinal heat resistance are strongly associated with temperature acclimation. However, few reports have successfully conducted similar research on fishes from the Qinghai–Tibetan Plateau, an area that is facing the threat of climate warming. Therefore, the present study determined the growth, thermal tolerance, and intestinal heat stress (exposure to 30°C) responses in juveniles of a Tibetan fish, Oxygymnocypris stewarti, acclimated to three temperature levels (10°C, 15°C, and 20°C, named as T10, T15, and T20, respectively) for 30 days. The fastest growth was recorded in the T15 group. At 1°C/30 min heating rate, the critical thermal maximum (CT<inf>Max</inf>) ranged from 31.3°C to 32.3°C, and the lethal thermal maximum (LT<inf>Max</inf>) ranged from 31.8°C to 32.6°C among the three acclimation temperatures. According to the results of thermal tolerance tests, the heat stress temperature was set to 30°C. When the water temperature reached 30°C, the expression of the intestinal heat shock protein 70 (HSP70) gene as well as the intestinal microbiome and histology of experimental fish were monitored at 0, 2, 6, and 12 h. The expression of HSP70 reached the highest level at 2 h in all three temperature treatments. The histological analysis showed damage to intestinal cells, including diffuse infiltration of lymphocytes, villi epithelial cell swelling, decrease of intestinal villi length, and cytoplasmic light staining at 2 h in all three temperature treatments. In terms of the intestinal microbiome, phyla Proteobacteria and Firmicutes dominated the treatments at each monitored time in the T10 and T15 groups and at 0 h in T20 group, while phyla Fusobacteria, Proteobacteria, and Cyanobacteria were dominant in treatments at 2, 6, and 12 h in the T20 group. The overall results indicated that acclimation temperature could affect the growth, thermal tolerance, and intestinal heat stress response of O. stewarti juveniles. As the first report on intestinal heat stress response associated with temperature acclimation in a Tibetan fish, this study will help to understand the potential effects of climate change on highland fishes. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica de Bemisia tabaci MED, uma espécie de mosca-branca invasora com distribuição mundial, desempenha um papel importante em sua adaptação ecológica durante o processo de invasão. As proteínas de choque térmico (HSPs) estão intimamente relacionadas à resistência ao calor. Neste estudo, 33 Hsps (BtaHsps) foram identificados com base no genoma sequenciado de B. tabaci MED, pertencentes a seis famílias de HSPs, entre as quais 22 Hsps foram recentemente identificados. As estruturas secundárias de outros 22 BtaHsps também foram previstas. Os resultados de RT-qPCR mostraram que o choque térmico poderia afetar a expressão de 14 dos 22 Hsps recentemente identificados neste estudo. Entre eles, o nível de expressão de seis Hsps aumentou sob tratamento a 42 °C. Como gene não estudado, BtaHsp90A3 teve a maior taxa de aumento. Portanto, BtaHsp90A3 foi escolhido para o teste de RNAi, e o silenciamento de BtaHsp90A3 por RNAi diminuiu a taxa de sobrevivência de adultos de B. tabaci a 42 °C. Os resultados indicaram que apenas poucos Hsps estavam envolvidos na tolerância térmica da mosca-branca hospedeira, embora muitos Hsps respondessem sob estresse térmico. Este estudo conduziu uma identificação mais aprofundada e abrangente que demonstra a relação evolutiva dos BtaHsps e ilustra a resposta dos BtaHsps sob a influência do estresse térmico em B. tabaci MED. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genome-Wide Identification and Analysis of the Heat-Shock Protein Gene Superfamily in Bemisia tabaci and Expression Pattern Analysis under Heat Shock: The thermal tolerance of Bemisia tabaci MED, an invasive whitefly species with worldwide distribution, plays an important role in its ecological adaptation during the invasion process. Heatshock proteins (HSPs) are closely related to heat resistance. In this study, 33 Hsps (BtaHsps) were identified based on sequenced genome of B. tabaci MED belonging to six HSP families, among which 22 Hsps were newly identified. The secondary structures of a further 22 BtaHsps were also predicted. The results of RT-qPCR showed that heat shock could affect the expression of 14 of the 22 Hsps newly identified in this study. Among them, the expression level of six Hsps increased under 42 °C treatment. As the unstudied gene, BtaHsp90A3 had the highest increase rate. Therefore, BtaHsp90A3 was chosen for the RNAi test, and silencing BtaHsp90A3 by RNAi decreased the survival rate of adult B. tabaci at 42 °C. The results indicated that only a few Hsps were involved in the thermal tolerance of host whitefly although many Hsps would response under heat stress. This study conducted a more in-depth and comprehensive identification that demonstrates the evolutionary relationship of BtaHsps and illustrates the response of BtaHsps under the influence of thermal stress in B. tabaci MED. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os ecossistemas marinhos estão atualmente submetidos a estresses duplos de poluição química e mudanças climáticas. Através de uma série de experimentos laboratoriais, este estudo investigou o impacto da exposição a contaminantes químicos como DDT ou cobre (Cu), em combinação com extremos de temperatura fria ou quente, no peixe marinho Oryzias melastigma. Os resultados mostraram que temperaturas extremas da água do mar (ou seja, 15 e 32 °C na subtropical Hong Kong) exacerbaram os impactos químicos adversos no desempenho de crescimento de O. melastigma, particularmente no extremo térmico alto. Isso provavelmente estava associado a uma interrupção do consumo de oxigênio e do escopo aeróbico. Mais importante ainda, os resultados dos experimentos de aclimatação, refletidos pelos polígonos de tolerância térmica, mostraram que a exposição química reduziu substancialmente a tolerância térmica do medaka, tornando-os mais vulneráveis a mudanças de temperatura e eventos térmicos extremos. Sob estresses duplos de extremos térmicos e exposição química, o medaka mudou sua via metabólica para respiração anaeróbica que pode esgotar sua reserva energética para desintoxicação química. Embora proteínas de estresse como as proteínas de choque térmico (HSP90) tenham sido reguladas positivamente para proteção celular no peixe, tal mecanismo defensivo foi reprimido com a intensificação dos estresses duplos em alta temperatura e alta concentração química. A bioconcentração de DDT ou Cu geralmente aumentou com o aumento da temperatura e sua concentração de exposição. No geral, essas interações complexas químico-temperatura exerceram concomitantemente um impacto adverso concertado em O. melastigma. A toxicidade dependente da temperatura do DDT ou Cu mostrada neste estudo demonstrou claramente o potencial desafio trazido pelo risco de poluição química sob o impacto das mudanças climáticas globais. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Extreme cold or warm events can potentially exacerbate chemical toxicity to the marine medaka fish Oryzias melastigma: Marine ecosystems are currently subjected to dual stresses of chemical pollution and climate change. Through a series of laboratory experiments, this study investigated the impact of exposure to chemical contaminant such as DDT or copper (Cu), in combination with cold or warm temperature extremes on the marine medaka fish Oryzias melastigma. The results showed that extreme seawater temperatures (i.e., 15 and 32 °C in sub-tropical Hong Kong) exacerbated adverse chemical impacts on the growth performance of O. melastigma, in particular at the high thermal extreme. This was likely associated with an interruption of oxygen consumption and aerobic scope. Most importantly, the results of acclimation experiments, as reflected by thermal tolerance polygons, showed that chemical exposure substantially narrowed the thermal tolerance of the medaka, making them more vulnerable to temperature changes and extreme thermal events. Under dual stresses of thermal extremes and chemical exposure, the medaka switched their metabolic pathway to anaerobic respiration that might deplete their energy reserve for chemical detoxification. Although stress proteins such as heat shock proteins (HSP90) were up-regulated for cellular protection in the fish, such a defensive mechanism was repressed with intensifying dual stresses at high temperature and high chemical concentration. Bioconcentration of DDT or Cu generally increased with increasing temperature and its exposure concentration. Overall, these complex chemical-temperature interactions concomitantly exerted a concerted adverse impact to O. melastigma. The temperature-dependent toxicity of DDT or Cu shown in this study clearly demonstrated the potential challenge brought by the risk of chemical pollution under the impact of global climate change. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A insolação pode causar lesão renal aguda (LRA), que, segundo relatos, progride para doença renal crônica. Macrófagos renais podem estar envolvidos nessa lesão. Embora a aclimatação ao calor (AC) proporcione resiliência térmica, seu efeito e mecanismo renoprotetor permanecem pouco claros. Para investigar lesões renais induzidas por estresse térmico em camundongos e o efeito mitigador da AC sobre elas, camundongos machos C57/BL6J foram expostos a estresse térmico (40°C, 1 h) com ou sem AC de 5 dias (38°C, 3 h/dia) antes do estresse térmico. O estresse térmico danificou os túbulos proximais renais com elevação da molécula-1 de injúria renal urinária. Fibrose renal foi observada no dia 7 e correlacionou-se com os níveis de molécula-1 de injúria renal urinária no dia 3. Macrófagos residentes renais diminuíram no dia 1, enquanto o número de macrófagos infiltrantes no rim não mudou. Ambos os subconjuntos de macrófagos polarizaram para o fenótipo pró-inflamatório M1 no dia 1; no entanto, polarizaram para o fenótipo anti-inflamatório M2 no dia 7. A AC amenizou significativamente o dano tubular proximal induzido por estresse térmico e a fibrose renal. A AC aumentou substancialmente a expressão da proteína de choque térmico 70 nos túbulos antes do estresse térmico e reduziu a elevação da expressão da caspase-3 clivada após o estresse térmico. A AC também induziu a expressão da proteína de choque térmico 70 de macrófagos residentes e preveniu alterações induzidas por estresse térmico em ambos os subconjuntos de macrófagos renais. Esses resultados fornecem dados fisiopatológicos que sustentam o efeito renoprotetor da AC. Mais estudos são necessários para confirmar que a AC pode prevenir danos renais devido ao estresse térmico em humanos. NOVO E NOTÁVEL O estresse térmico poderia induzir lesão renal aguda. Embora a aclimatação ao calor (AC) proporcione tolerância térmica, seu efeito sobre danos renais induzidos por estresse térmico permanece pouco claro. Este estudo mostrou que 5 dias de AC amenizam o dano tubular renal em camundongos e a subsequente fibrose causada pelo estresse térmico. Também demonstrou que a AC aumenta a expressão intracelular da proteína de choque térmico 70 em células tubulares e previne uma diminuição em macrófagos residentes renais, o que explica o efeito renoprotetor da AC. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat acclimation ameliorated heat stress-induced acute kidney injury and prevented changes in kidney macrophages and fibrosis: Heatstroke can cause acute kidney injury (AKI), which reportedly progresses to chronic kidney disease. Kidney macrophages may be involved in such injury. Although heat acclimation (HA) provides thermal resilience, its renoprotective effect and mechanism remain unclear. To investigate heat stress-induced kidney injuries in mice and the mitigating effect of HA on them, male C57/BL6J mice were exposed to heat stress (40_C, 1 h) with or without 5-day HA (38_C, 3 h/day) prior to heat stress. Heat stress damaged kidney proximal tubules with an elevation of urinary kidney injury molecule-1. Kidney fibrosis was observed on day 7 and correlated with urinary kidney injury molecule-1 levels on day 3. Kidney resident macrophages decreased on day 1, whereas the number of infiltrating macrophages in the kidney did not change. Both subsets of macrophages polarized to the proinflammatory M1 phenotype on day 1; however, they polarized to the anti-inflammatory M2 phenotype on day 7. HA significantly ameliorated heat stress-induced proximal tubular damage and kidney fibrosis. HA substantially increased heat shock protein 70 expression in the tubules before heat stress and reduced the elevation of cleaved caspase-3 expression after heat stress. HA also induced heat shock protein 70 expression of resident macrophages and prevented heat stress-induced changes in both subsets of kidney macrophages. These results provide pathophysiological data supporting the renoprotective effect of HA. Further studies are needed to confirm that HA can prevent kidney damage due to heat stress in humans. NEW & NOTEWORTHY Heat stress could induce acute kidney injury. Although heat acclimation (HA) reportedly provides thermal tolerance, its effect on heat stress-induced kidney damage remains unclear. This study showed that 5-day HA ameliorates mouse kidney tubular damage and subsequent fibrosis caused by heat stress. It also demonstrated that HA enhances intracellular heat shock protein 70 expression in tubular cells and prevents a decrease in kidney resident macrophages, which explains the renoprotective effect of HA. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

No artigo publicado, houve um erro nas Figuras 5A e 6 conforme publicadas. A Figura 5A não era a versão mais recente que carregamos, e a Figura 6 foi utilizada incorretamente. As Figuras 5A e 6 corrigidas e suas legendas aparecem abaixo. Os autores pedem desculpas por este erro e afirmam que isso não altera as conclusões científicas do artigo de forma alguma. O artigo original foi atualizado. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Corrigendum: Hsian-Tsao (Mesona chinensis Benth.) extract improves the thermal tolerance of Drosophila melanogaster(Front. Nutr., (2022), 9, (819319), 10.3389/fnut.2022.819319): In the published article, there was an error in Figures 5A, 6 as published. Figure 5A was not the latest version we uploaded, and Figure 6 was wrongly used. The corrected Figures 5A, 6 and their captions appear below. The authors apologize for this error and state that this does not change the scientific conclusions of the article in any way. The original article has been updated. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas estão alterando drasticamente nosso planeta, mas nossa compreensão dos mecanismos de tolerância térmica é limitada em aves selvagens. Caracterizamos a variação natural na expressão de genes de proteínas de choque térmico (HSP) entre tecidos e populações de andorinhas-azuis (Tachycineta bicolor) de vida livre. Focamos nas HSPs porque elas previnem danos celulares e promovem a recuperação do estresse por calor. Utilizamos PCR quantitativo para medir a expressão gênica de 3 HSPs, incluindo aquelas das famílias HSP70 e HSP90 que possuem conexões experimentais robustas com o calor na literatura anterior. Primeiro, para avaliar como os tecidos e, por extensão, as funções que eles medeiam, podem variar em sua proteção térmica, comparamos a expressão de genes HSP entre tecidos neurais e periféricos. Nossa hipótese era que tecidos com funções particularmente vitais seriam mais protegidos do calor, conforme indicado por maior expressão de genes HSP. Descobrimos que os tecidos cerebrais apresentaram consistentemente maior expressão de genes HSP em comparação com o músculo peitoral. Em seguida, comparamos a expressão de genes HSP em 4 populações distintas que abrangem mais de 20° de latitude (>2.300 km). Nossa hipótese era que as populações mais ao sul teriam maior expressão de genes HSP, sugerindo maior tolerância ou experiência com condições locais mais quentes. Observamos expressão de genes HSP consideravelmente maior nas populações mais ao sul em comparação com as populações do norte, embora esse padrão tenha sido mais marcante nos extremos (sul de Indiana vs. Alasca), e tenha sido mais forte em algumas áreas cerebrais do que em outras (telencéfalo ventromedial vs. hipotálamo). Esses resultados esclarecem os possíveis mecanismos que podem fundamentar as diferenças de tolerância térmica entre populações ou entre tecidos. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein gene expression varies among tissues and populations in free-living birds: Climate change is dramatically altering our planet, yet our understanding of mechanisms of thermal tolerance is limited in wild birds. We characterized natural variation in heat shock protein (HSP) gene expression among tissues and populations of free-living Tree Swallows (Tachycineta bicolor). We focused on HSPs because they prevent cellular damage and promote recovery from heat stress. We used quantitative PCR to measure gene expression of 3 HSPs, including those in the HSP70 and HSP90 families that have robust experimental connections to heat in past literature. First, to evaluate how tissues and, by extension, the functions that they mediate, may vary in their thermal protection, we compared HSP gene expression among neural and peripheral tissues. We hypothesized that tissues with particularly vital functions would be more protected from heat as indicated by higher HSP gene expression. We found that brain tissues had consistently higher HSP gene expression compared to the pectoral muscle. Next, we compared HSP gene expression across 4 distinct populations that span over 20° of latitude (>2,300 km). We hypothesized that the more southern populations would have higher HSP gene expression, suggesting greater tolerance of, or experience with, warmer local conditions. We observed largely higher HSP gene expression in more southern populations than northern populations, although this pattern was more striking at the extremes (southern Indiana vs. Alaska), and it was stronger in some brain areas than others (ventromedial telencephalon vs. hypothalamus). These results shed light on the potential mechanisms that may underlie thermal tolerance differences among populations or among tissues. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O robalo-europeu é uma espécie de grande valor comercial para a pesca e aquicultura. O aumento das temperaturas pode comprometer o desempenho e a sobrevivência da espécie em toda sua distribuição e área de cultivo, tornando a investigação de suas respostas térmicas altamente relevante. Neste artigo, a capacidade metabólica, o desempenho e a tolerância de juvenis de robalo-europeu criados sob três altas temperaturas da água (24, 28, 33°C), por um período de três meses, foram avaliados por meio da análise de indicadores selecionados de desempenho de crescimento e fisiológicos. Efeitos sobre variáveis moleculares, hormonais e bioquímicas foram analisados juntamente com os efeitos da temperatura de aclimatação sobre a taxa metabólica e a Temperatura Crítica Máxima (CT<inf>máx</inf>). Apesar de sinais de estresse térmico a 28°C indicados por altos níveis de cortisol e lactato plasmáticos, bem como pela regulação positiva de genes codificadores de Proteínas de Choque Térmico (HSP), o robalo-europeu pode manter alto desempenho nessa temperatura, o que é encorajador para o cultivo da espécie no contexto de um oceano em aquecimento. Limiares críticos de sobrevivência parecem nitidamente próximos de 33°C, onde a capacidade aeróbica declina e o desempenho geral diminui. O robalo-europeu demonstra capacidade considerável de lidar com estresse térmico agudo, exibindo CT<inf>máx</inf> de até 40°C para peixes aclimatados em altas temperaturas, o que pode indicar resiliência a futuros eventos de ondas de calor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Metabolic scope, performance and tolerance of juvenile European sea bass Dicentrarchus labrax upon acclimation to high temperatures: European sea bass is a species of great commercial value for fisheries and aquaculture. Rising temperatures may jeopardize the performance and survival of the species across its distribution and farming range, making the investigation of its thermal responses highly relevant. In this article, the metabolic scope, performance, and tolerance of juvenile E. sea bass reared under three high water temperatures (24, 28, 33°C), for a period of three months was evaluated via analysis of selected growth performance and physiological indicators. Effects on molecular, hormonal, and biochemical variables were analyzed along with effects of acclimation temperature on the metabolic rate and Critical Thermal maximum (CT<inf>max</inf>). Despite signs of thermal stress at 28°C indicated by high plasma cortisol and lactate levels as well as the upregulation of genes coding for Heat Shock Proteins (HSP), E. sea bass can maintain high performance at that temperature which is encouraging for the species culture in the context of a warming ocean. Critical survivability thresholds appear sharply close to 33°C, where the aerobic capacity declines and the overall performance diminishes. European sea bass demonstrates appreciable capacity to cope with acute thermal stress exhibiting CT<inf>max</inf> as high as 40°C for fish acclimated at high temperatures, which may indicate resilience to future heatwaves events. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pedobacter cryoconitis BG5 é uma bactéria psicrofílica obrigatória que foi inicialmente isolada na Ilha Rei George, Antártida. Nos últimos 50 anos, a Antártida Ocidental, incluindo a Ilha Rei George, tem sido um dos lugares que mais aquecem rapidamente na Terra, tornando-a assim uma área excelente para medir a resiliência de espécies vivas em áreas aquecidas expostas ao ambiente em constante mudança devido às alterações climáticas. Esta bactéria codifica um genoma de aproximadamente 5694 genes codificadores de proteínas. No entanto, 35% dos modelos genéticos para esta espécie são encontrados como proteínas hipotéticas (HP). Neste estudo, três genes HP conservados de P. cryoconitis, designados pcbg5hp1, pcbg5hp2 e pcbg5hp12, foram clonados e as proteínas foram expressas, purificadas e suas funções e estruturas foram avaliadas. A análise de PCR quantitativo em tempo real revelou que estes genes foram expressos constitutivamente, sugerindo um papel potencialmente importante onde a expressão destes genes sob uma demanda quase constante pode ter algumas funções regulatórias na tolerância ao estresse térmico. A análise funcional mostrou que estas proteínas mantiveram suas atividades em temperaturas baixas e moderadas. Entretanto, uma baixa agregação de citrato sintase a 43 °C na presença de PCBG5HP1 sugeriu as características de atividade de chaperona. Além disso, nossa análise estrutural comparativa demonstrou que as HPs exibiram traços adaptados ao frio, mais notavelmente o aumento da flexibilidade em suas estruturas 3D em comparação com suas contrapartes. Simultaneamente, a presença de uma ponte dissulfeto e clusters aromáticos foi atribuída à estabilidade proteica incomum e atividade de chaperona da PCBG5HP1. Assim, isto sugeriu que as HPs examinadas neste estudo adquiriram estratégias para manter um equilíbrio entre estabilidade molecular e flexibilidade estrutural. Conclusivamente, este estudo estabeleceu as relações estrutura-função das HPs produzidas por P. cryoconitis e forneceu evidência experimental crucial indicando sua importância na resposta ao estresse térmico. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Functional Analysis of Conserved Hypothetical Proteins from the Antarctic Bacterium, Pedobacter cryoconitis Strain BG5 Reveals Protein Cold Adaptation and Thermal Tolerance Strategies: Pedobacter cryoconitis BG5 is an obligate psychrophilic bacterium that was first isolated on King George Island, Antarctica. Over the last 50 years, the West Antarctic, including King George Island, has been one of the most rapidly warming places on Earth, hence making it an excellent area to measure the resilience of living species in warmed areas exposed to the constantly changing environment due to climate change. This bacterium encodes a genome of approximately 5694 protein-coding genes. However, 35% of the gene models for this species are found to be hypothetical proteins (HP). In this study, three conserved HP genes of P. cryoconitis, designated pcbg5hp1, pcbg5hp2 and pcbg5hp12, were cloned and the proteins were expressed, purified and their functions and structures were evaluated. Real-time quantitative PCR analysis revealed that these genes were expressed constitutively, suggesting a potentially important role where the expression of these genes under an almost constant demand might have some regulatory functions in thermal stress tolerance. Functional analysis showed that these proteins maintained their activities at low and moderate temperatures. Meanwhile, a low citrate synthase aggregation at 43 °C in the presence of PCBG5HP1 suggested the characteristics of chaperone activity. Furthermore, our comparative structural analysis demonstrated that the HPs exhibited cold-adapted traits, most notably increased flexibility in their 3D structures compared to their counterparts. Concurrently, the presence of a disulphide bridge and aromatic clusters was attributed to PCBG5HP1’s unusual protein stability and chaperone activity. Thus, this suggested that the HPs examined in this study acquired strategies to maintain a balance between molecular stability and structural flexibility. Conclusively, this study has established the structure–function relationships of the HPs produced by P. cryoconitis and provided crucial experimental evidence indicating their importance in thermal stress response. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

A capacidade de aclimatação das espécies e sua habilidade de manter a homeostase molecular fora das faixas ideais de temperatura irão prever parcialmente seu sucesso após as mudanças nos regimes térmicos induzidas pelas alterações climáticas. A teoria prevê que organismos ectotérmicos de ambientes termicamente estáveis possuem plasticidade reduzida, e que essas espécies podem ser particularmente vulneráveis a aumentos de temperatura. Se tais espécies mantiveram ou perderam a capacidade de aclimatação permanece amplamente desconhecido. Estudamos as mudanças no proteoma da planária Crenobia alpina, um membro proeminente de habitats alpinos frios e estáveis que é considerado um estenotermo adaptado ao frio. Descobrimos que a temperatura crítica máxima (CTmax) da espécie está acima das temperaturas do habitat que experimenta e que diferentes populações exibem capacidade diferencial de aclimatação da CTmax, onde uma população alpina mostrou plasticidade reduzida. Em um experimento separado, aclimatamos indivíduos de C. alpina da população alpina a 8, 11, 14 ou 17°C ao longo de 168 horas e comparamos seus proteomas compreensivamente anotados. Análises de rede de 3399 proteínas e enriquecimento de conjuntos proteicos mostraram que, embora o proteoma da espécie seja geralmente estável nessas temperaturas, conjuntos de proteínas que atuam na resposta ao estresse oxidativo, mitocôndrias, síntese proteica e renovação estão em menor abundância após a aclimatação ao calor. Proteínas associadas a uma resposta a proteínas desdobradas, ciliogênese, reparo de danos teciduais, desenvolvimento e o sistema imunológico inato estavam em maior abundância após a aclimatação ao calor. Nossos achados sugerem que esta espécie não sofreu deterioração do DNA (ex.: perda de proteínas de choque térmico) durante a evolução em um ambiente frio e estável e manteve plasticidade em resposta a temperaturas elevadas, desafiando a noção de que ambientes estáveis necessariamente resultam em plasticidade reduzida. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of thermal acclimation on the proteome of the planarian Crenobia alpina from an alpine freshwater spring: Species' acclimation capacity and their ability to maintain molecular homeostasis outside ideal temperature ranges will partly predict their success following climate change-induced thermal regime shifts. Theory predicts that ectothermic organisms from thermally stable environments have muted plasticity, and that these species may be particularly vulnerable to temperature increases. Whether such species retained or lost acclimation capacity remains largely unknown. We studied proteome changes in the planarian Crenobia alpina, a prominent member of cold-stable alpine habitats that is considered to be a cold-adapted stenotherm. We found that the species' critical thermal maximum (CTmax) is above its experienced habitat temperatures and that different populations exhibit differential CTmax acclimation capacity, whereby an alpine population showed reduced plasticity. In a separate experiment, we acclimated C. alpina individuals from the alpine population to 8, 11, 14 or 17°C over the course of 168 h and compared their comprehensively annotated proteomes. Network analyses of 3399 proteins and protein set enrichment showed that while the species' proteome is overall stable across these temperatures, protein sets functioning in oxidative stress response, mitochondria, protein synthesis and turnover are lower in abundance following warm acclimation. Proteins associated with an unfolded protein response, ciliogenesis, tissue damage repair, development and the innate immune system were higher in abundance following warm acclimation. Our findings suggest that this species has not suffered DNA decay (e.g. loss of heat-shock proteins) during evolution in a cold-stable environment and has retained plasticity in response to elevated temperatures, challenging the notion that stable environments necessarily result in muted plasticity. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Vários sinais ativados por estresse são altamente responsáveis pela tolerância térmica e contribuem para o resultado terapêutico insatisfatório da terapia fototérmica (PTT). Neste estudo, nanopartículas derivadas naturalmente de cabelo humano (Hair NPs) com eficácia significativa de conversão fototérmica são exploradas em combinação com inibidores de sinais ativados por estresse para maximizar a eficiência da PTT. Durante a PTT baseada em Hair NPs, dois sinais distintos são encontrados significativamente super-regulados. Um é a superexpressão induzida pelo calor da HSP90, e o outro é a ativação da via de sinalização da proteína quinase ativada por mitógeno (MAPK). Através da integração de inibidores específicos (17-alilamino-17-demoxigeldanamicina (17AAG) ligando-se especificamente à HSP90 ou LY2228820 direcionado à p38 MAPK) e subsequente modificação com ácido hialurônico (HA), o resultante Hair NPs-HA@inibidor pode entregar especificamente o inibidor em células tumorais com efeitos colaterais mínimos em tecidos normais, o que pode bloquear especificamente os sinais ativados por estresse, bem como inibir a expressão de seus efetores downstream (por exemplo, MMPs, VEGF) que estão intimamente relacionados com a sobrevivência e invasão tumoral. Sem esses elementos para proteger as células tumorais ou promover a progressão do tumor, o efeito de PTT induzido pelas Hair NPs pode ser bastante elevado, resultando em uma eficácia antitumoral superior. Essas descobertas representam uma abordagem eficaz para maximizar o efeito da PTT no combate ao tumor. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Inhibiting Stress-Activated Signals to Reverse Heat Resistance for Augmented Photothermal Therapy Based on Biologically Derived Nanotherapeutics: Several stress-activated signals are highly responsible for the thermal tolerance and attribute to the poor therapeutic outcome of photothermal therapy (PTT). In this study, the naturally human hair-derived nanoparticles (Hair NPs) with significant photothermal conversion efficacy are explored to combine with stress-activated signal inhibitors for maximizing the PTT efficiency. During the Hair NPs-based PTT, two distinct signals are found to be remarkably upregulated. One is the heat-induced overexpression of HSP90, and the other one is the activation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway. Through the integration of particular inhibitors (17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin (17AAG) specifically binding to HSP90 or LY2228820 targeting to p38 MAPK) and the subsequent modification of hyaluronic acid (HA), the resultant Hair NPs-HA@inhibitor can specifically deliver the inhibitor into tumor cells with minimal side effects on normal tissues, which can specifically block the stressfully activated signals as well as inhibit the expression of their downstream effectors (e.g., MMPs, VEGF) that are closely related with tumor survival and invasion. Without these elements to protect tumor cells or promote tumor progression, the Hair NPs-induced PTT effect can be much elevated, resulting in a superior antitumor efficacy. These findings represent an effective approach in maximizing PTT effect for fighting against tumor. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cotesia chilonis (Munakata) é a vespa parasitóide predominante de Chilo suppressalis Walker (Lepidoptera: Pyralidea), uma importante praga do arroz na China. À medida que as mudanças climáticas continuam a se intensificar, C. chilonis e C. suppressalis devem se adaptar ao aumento da frequência de temperaturas adversas. Neste estudo, o novo Cchsp90-2 foi isolado e caracterizado em C. chilonis. O cDNA de comprimento total de Cchsp90-2 tinha 2689 pb e codificava 728 aminoácidos com um ponto isoelétrico de 4,93. Cchsp90-2 codifica três assinaturas da família da proteína de choque térmico 90 (HSP90), e o alinhamento das sequências genômicas e de cDNA revelou que Cchsp90-2 não contém íntrons. PCR quantitativo em tempo real revelou que Cchsp90-2 foi induzido em ovos e adultos; entretanto, larvas e pupas não mostraram diferenças significativas nos níveis de expressão de Cchsp90-2. Cchsp90-2 foi induzido tanto em temperaturas altas quanto baixas, com níveis de expressão muito altos após 2 horas de exposição a 33°C ou -13°C. Este estudo fornece informações sobre a base mecanicista da tolerância térmica em C. chilonis e tem implicações para o uso desta vespa no controle de C. suppressalis. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Development and Temperature-induced Expression of a HSP90 Gene Lacking Introns in Cotesia chilonis (Hymenoptera: Braconidae): Cotesia chilonis (Munakata) is the predominant parasitic wasp of Chilo suppressalis Walker (Lepidoptera: Pyralidea), a major rice pest in China. As climate change continues to intensify, C. chilonis and C. suppressalis must adapt to the increased frequency of adverse temperatures. In this study, the novel Cchsp90-2 was isolated and characterized from C. chilonis. The full-length Cchsp90-2 cDNA was 2689 bp and encoded 728 amino acids with an isoelectric point of 4.93. Cchsp90-2 encodes three heat shock protein 90 (HSP90) family signatures, and the alignment of genomic and cDNA sequences revealed that Cchsp90-2 does not contain introns. Real-time quantitative PCR revealed that Cchsp90-2 was induced in eggs and adults; however, larvae and pupae showed no significant differences in Cchsp90-2 expression levels. Cchsp90-2 was induced at both high and low temperatures, with very high expression levels after a 2-h exposure to 33°C or -13°C. This study provides insight into the mechanistic basis of thermal tolerance in C. chilonis and has implications for deploying this wasp to control C. suppressalis. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A aclimatação ao estresse abiótico desempenha um papel crítico na adaptação e evolução de insetos, particularmente durante eventos climáticos extremos. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares evolutivamente conservadas induzidas por estressores abióticos e bióticos. Compreender a relação entre a aclimatação térmica e a expressão de HSPs específicas é essencial para abordar as funções das famílias de HSPs. Este estudo investigou essa questão usando a broca asiática do milho Ostrinia furnacalis, uma das pragas mais importantes do milho na China. A transcrição dos genes HSP foi induzida em larvas expostas a 33°C. Posteriormente, as larvas foram expostas a 43°C por 2 h e depois permitida a recuperação a 27°C por 0, 0,5, 1, 2, 4, 6 e 8 h. Nos tempos de recuperação de 0,5-4 h, a maioria da população tolera menos por volta de 1-3 h do que sem recuperação (a 0 h) sofrendo estresse térmico contínuo (43°C). Não há diferença na tolerância ao calor com 6 h de recuperação, com níveis transcricionais de HSPs semelhantes ao controle. No entanto, uma tolerância térmica significativa foi observada após 8 h do tempo de recuperação, com um nível mais elevado de HSP70. Além disso, a transcrição dos genes HSP60 e HSC70 (proteína de choque térmico cognata 70) não mostrou um efeito significativo. HSP70 ou HSP90 foram significativamente reguladas positivamente dentro de 1-2 h de estresse térmico sustentado (43°C), mas diminuíram em 6 h. Nossos achados revelaram que o estresse térmico extremo induziu o início rápido da transcrição de HSP70 ou HSP90. Isso pode ser interpretado como uma adaptação à variação drástica e rápida da temperatura. A tolerância térmica das larvas é significativamente aumentada após 6 h de recuperação e possivelmente regulada por HSP70. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcription dynamics of heat shock proteins in response to thermal acclimation in Ostrinia furnacalis: Acclimation to abiotic stress plays a critical role in insect adaption and evolution, particularly during extreme climate events. Heat shock proteins (HSPs) are evolutionarily conserved molecular chaperones caused by abiotic and biotic stressors. Understanding the relationship between thermal acclimation and the expression of specific HSPs is essential for addressing the functions of HSP families. This study investigated this issue using the Asian corn borer Ostrinia furnacalis, one of the most important corn pests in China. The transcription of HSP genes was induced in larvae exposed to 33°C. Thereafter, the larvae were exposed to 43°C, for 2 h, and then allowed to recover at 27 C for 0, 0.5, 1, 2, 4, 6, and 8 h. At the recovery times 0.5–4 h, most population tolerates less around 1–3 h than without recovery (at 0 h) suffering continuous heat stress (43 C). There is no difference in the heat tolerance at 6 h recovery, with similar transcriptional levels of HSPs as the control. However, a significant thermal tolerance was observed after 8 h of the recovery time, with a higher level of HSP70. In addition, the transcription of HSP60 and HSC70 (heat shock cognate protein 70) genes did not show a significant effect. HSP70 or HSP90 significantly upregulated within 1–2 h sustained heat stress (43 C) but declined at 6 h. Our findings revealed extreme thermal stress induced quick onset of HSP70 or HSP90 transcription. It could be interpreted as an adaptation to the drastic and rapid temperature variation. The thermal tolerance of larvae is significantly enhanced after 6 h of recovery and possibly regulated by HSP70. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mensagem-chave: Uma espécie selvagem de arroz da savana australiana foi comparada com o arroz cultivado, revelando termotolerância no crescimento e processos fotossintéticos e uma economia de carbono mais robusta em calor extremo. Resumo: Acima de ~32°C, o comprometimento da fotossíntese afeta a produtividade do arroz. Comparamos tecidos foliares do arroz selvagem termotolerante (Oryza australiensis) com O. sativa adaptado a climas temperados após exposição sustentada ao calor, bem como choque térmico diurno. O alongamento foliar e a biomassa da parte aérea em O. australiensis não foram prejudicados a 45°C, e as concentrações de açúcares solúveis triplicaram durante 10 h de tratamento de choque a 45°C. Em contraste, 45°C reduziu fortemente o crescimento em O. sativa. As concentrações de CO₂ no cloroplasto eliminaram o suprimento de CO₂ aos cloroplastos como base da diferença na tolerância ao calor. Isso direcionou nossa atenção para a carboxilação e a abundância da chaperona termossensível Rubisco ativase (Rca) em cada espécie. Surpreendentemente, folhas de O. australiensis a 45°C tinham 50% menos Rca por unidade de Rubisco, embora a assimilação de CO₂ fosse mais rápida do que a 30°C. Em contraste, a Rca por unidade de Rubisco dobrou em O. sativa a 45°C enquanto a assimilação de CO₂ era mais lenta, refletindo sua inferior termoestabilidade da Rca. Plantas cultivadas a 45°C foram simultaneamente expostas a 700 ppm de CO₂ para aumentar o suprimento de CO₂ para a Rubisco. O crescimento a 45°C respondeu ao enriquecimento com CO₂ em O. australiensis, mas não em O. sativa, refletindo uma capacidade de carboxilação mais robusta e tolerância térmica no parente selvagem do arroz. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Photosynthetic traits of Australian wild rice (Oryza australiensis) confer tolerance to extreme daytime temperatures: Key message: A wild relative of rice from the Australian savannah was compared with cultivated rice, revealing thermotolerance in growth and photosynthetic processes and a more robust carbon economy in extreme heat. Abstract: Above ~ 32 °C, impaired photosynthesis compromises the productivity of rice. We compared leaf tissues from heat-tolerant wild rice (Oryza australiensis) with temperate-adapted O. sativa after sustained exposure to heat, as well as diurnal heat shock. Leaf elongation and shoot biomass in O. australiensis were unimpaired at 45 °C, and soluble sugar concentrations trebled during 10 h of a 45 °C shock treatment. By contrast, 45 °C slowed growth strongly in O. sativa. Chloroplastic CO<inf>2</inf> concentrations eliminated CO<inf>2</inf> supply to chloroplasts as the basis of differential heat tolerance. This directed our attention to carboxylation and the abundance of the heat-sensitive chaperone Rubisco activase (Rca) in each species. Surprisingly, O. australiensis leaves at 45 °C had 50% less Rca per unit Rubisco, even though CO<inf>2</inf> assimilation was faster than at 30 °C. By contrast, Rca per unit Rubisco doubled in O. sativa at 45 °C while CO<inf>2</inf> assimilation was slower, reflecting its inferior Rca thermostability. Plants grown at 45 °C were simultaneously exposed to 700 ppm CO<inf>2</inf> to enhance the CO<inf>2</inf> supply to Rubisco. Growth at 45 °C responded to CO<inf>2</inf> enrichment in O. australiensis but not O. sativa, reflecting more robust carboxylation capacity and thermal tolerance in the wild rice relative. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ondas de calor tornaram-se mais frequentes e intensas nas últimas duas décadas, resultando em efeitos prejudiciais sobre bivalves marinhos e os ecossistemas que eles sustentam. As amêijoas do intertidal habitam os habitats fisiológicamente mais desafiadores em áreas costeiras e vivem já próximas dos seus limites de tolerância térmica. No entanto, se e em que medida as ondas de calor atmosféricas afetam os bivalves do intertidal permanece pouco compreendido. Aqui, investigamos as respostas fisiológicas da amêijoa-manila, Ruditapes philippinarum, a ondas de calor em regimes de temperatura do ar de 40 °C e 50 °C ocorrendo frequentemente e ocasionalmente atualmente no Golfo de Beibu, Mar da China Meridional. Com o aumento da intensidade das ondas de calor e após apenas dois dias de exposição aérea, as amêijoas-manila sofreram 100% de mortalidade a 50 °C, indicando que elas sucumbem a ondas de calor do futuro próximo, embora tenham sobrevivido sob vários cenários de ondas de calor moderadas. Este último é expresso em termos energéticos através de níveis de organização biológica. Especificamente, amêijoas-manila expostas agudamente a ondas de calor aumentaram sua taxa metabólica padrão para sustentar a manutenção fisiológica essencial, como o aumento das atividades de SOD, CAT, MDA e AKP, e expressão de HSP70. Essas estratégias ocorrem provavelmente à custa de funções relacionadas à aptidão, como melhor exemplificado por depressões significativas nas atividades de enzimas (NKA, CMA e T-ATP) e níveis de expressão de genes (PT, KHK, CA, CAS, TYR, TNF-BP e OSER). Quando as ondas de calor ocorreram novamente, as amêijoas-manila conseguiram responder e aclimatar ao estresse térmico implementando um conjunto de mecanismos compensatórios mais eficientes em ATP e menos custosos energeticamente em vários níveis de organização biológica. Consequentemente, torna-se imperativo descobrir os mecanismos subjacentes responsáveis por tal resposta positiva e rápida aclimatação a ondas de calor recorrentes. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing the impact of atmospheric heatwaves on intertidal clams: Heatwaves have become more frequent and intense in the last two decades, resulting in detrimental effects on marine bivalves and ecosystems they sustain. Intertidal clams inhabit the most physiologically challenging habitats in coastal areas and live already near their thermal tolerance limits. However, whether and to what extent atmospheric heatwaves affect intertidal bivalves remain poorly understood. Here, we investigated physiological responses of the Manila clam, Ruditapes philippinarum, to heatwaves at air temperature regimes of 40 °C and 50 °C occurring frequently and occasionally at the present day in the Beibu Gulf, South China Sea. With the increasing intensity of heatwaves and following only two days of aerial exposure, Manila clams suffered 100 % mortality at 50 °C, indicating that they succumb to near future heatwaves, although they survived under various scenarios of moderate heatwaves. The latter is couched in energetic terms across levels of biological organization. Specifically, Manila clams acutely exposed to heatwaves enhanced their standard metabolic rate to fuel essential physiological maintenance, such as increasing activities of SOD, CAT, MDA, and AKP, and expression of HSP70. These strategies occur likely at the expense of fitness-related functions, as best exemplified by significant depressions in activities of enzymes (NKA, CMA, and T-ATP) and expression levels of genes (PT, KHK, CA, CAS, TYR, TNF-BP, and OSER). When heatwaves occurred again, Manila clams can respond and acclimate to thermal stress by implementing a suite of more ATP-efficient and less energy-costly compensatory mechanisms at various levels of biological organization. It is consequently becoming imperative to uncover underlying mechanisms responsible for such positive response and rapid acclimation to recurrent heatwaves. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os Hippocampus erectus que habitam as águas costeiras rasas do sul do Golfo do México estão naturalmente expostos a marcadas variações de temperatura que ocorrem em diferentes escalas temporais. Sob tais condições heterogêneas, uma série de ajustes fisiológicos e bioquímicos ocorrem para restaurar e manter a homeostase. Este estudo investigou os mecanismos moleculares envolvidos na resposta do H. erectus ao aumento de temperatura usando análise de transcriptoma baseada na tecnologia RNA-Seq. Os dados foram obtidos de cavalos-marinhos após 0,5 h de exposição a combinações de diferentes temperaturas-alvo (26 °C: controle, e aumentadas para 30 e 33 °C) e taxas de aumento térmico (abrupta: < 5 min; gradual: 1–1,5 °C a cada 3 h). O transcriptoma dos cavalos-marinhos foi montado de novo usando o software Trinity para obter 29.211 genes e 30.479 transcritos compreendendo 27.520.965 bases montadas. A exposição dos cavalos-marinhos a 30 °C e 33 °C desencadeou processos característicos da resposta ao estresse celular, independentemente da taxa de mudança térmica. Os perfis transcriptômicos do H. erectus sugerem uma parada dos processos de desenvolvimento muscular, a ativação de proteínas de choque térmico e uma mudança para o metabolismo anaeróbico dentro das primeiras 0,5 h de exposição às temperaturas-alvo para garantir o suprimento de energia. Curiosamente, processos apoptóticos envolvendo caspase foram ativados principalmente nos tratamentos graduais, sugerindo que a exposição prolongada mesmo a temperaturas subletais resulta no acúmulo de efeitos deletérios que podem eventualmente terminar em morte celular. Os resultados aqui apresentados validam 30 °C e 33 °C como limites superiores potenciais de tolerância térmica para H. erectus no limite mais ao sul de sua distribuição geográfica. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic response in thermally challenged seahorses Hippocampus erectus: The effect of magnitude and rate of temperature change: Hippocampus erectus inhabiting the shallow coastal waters of the southern Gulf of Mexico are naturally exposed to marked temperature variations occurring in different temporal scales. Under such heterogeneous conditions, a series of physiological and biochemical adjustments take place to restore and maintain homeostasis. This study investigated the molecular mechanisms involved in the response of H. erectus to increased temperature using transcriptome analysis based on RNA-Seq technology. Data was obtained from seahorses after 0.5-h exposure to combinations of different target temperatures (26 °C: control, and increased to 30 and 33 °C) and rates of thermal increase (abrupt: < 5 min; gradual: 1–1.5 °C every 3 h). The transcriptome of seahorses was assembled de novo using Trinity software to obtain 29,211 genes and 30,479 transcripts comprising 27,520,965 assembled bases. Seahorse exposure to both 30 and 33 °C triggered characteristic processes of the cellular stress response, regardless of the rate of thermal change. The transcriptomic profiles of H. erectus suggest an arrest of muscle development processes, the activation of heat shock proteins, and a switch to anaerobic metabolism within the first 0.5 h of exposure to target temperatures to ensure energy supply. Interestingly, apoptotic processes involving caspase were activated principally in gradual treatments, suggesting that prolonged exposure to even sublethal temperatures results in the accumulation of deleterious effects that may eventually terminate in cellular death. Results herein validate 30 °C and 33 °C as potential upper limits of thermal tolerance for H. erectus at the southernmost boundary of its geographic distribution. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Anteriormente, demonstramos que a Cas2 codificada no lócus CRISPR-Cas da cepa 130b de Legionella pneumophila promove a capacidade do patógeno Legionella de infectar hospedeiros amebianos. Dado que a Cas2 de L. pneumophila tem atividade de RNase, postulamos que a proteína citoplasmática está regulando a expressão de outro(s) gene(s) da Legionella que favorece(m) a infecção intracelular. A proteômica revelou 10 proteínas em níveis diminuídos no mutante cas2, e a transcrição reversa quantitativa (qRT-PCR) confirmou a expressão reduzida de um gene que codifica a putativa pequena proteína de choque térmico C2 (HspC2), entre vários outros. Como previsto, o gene foi expresso mais intensamente a 37°C a 50°C do que a 30°C, e um mutante hspC2, mas não sua derivada complementada, exibiu redução de ~100 vezes em UFC após choque térmico a 55°C. Compatível com o efeito da Cas2 na expressão de hspC2, cepas sem Cas2 também tiveram tolerância térmica prejudicada. O mutante hspC2, assim como o mutante cas2 anteriormente, foi gravemente prejudicado na infecção de Acanthamoeba castellanii, um hospedeiro frequente de legionelas em águas. HspC2 e Cas2 não foram necessárias para a entrada nessas células hospedeiras, mas promoveram a fase replicativa da infecção intracelular. Finalmente, o mutante hspC2 exibiu um defeito adicional durante a infecção de macrófagos, que são o hospedeiro primário das legionelas durante a infecção pulmonar. Em resumo, hspC2 é regulada positivamente pela presença de Cas2, e HspC2 promove exclusivamente tanto a sobrevivência extracelular de L. pneumophila em altas temperaturas quanto a infecção de células hospedeiras amebianas e humanas. Até onde sabemos, estes achados também representam a primeira prova genética ligando Cas2 à termotolerância, expandindo o repertório de funções não canônicas associadas às proteínas CRISPR-Cas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Legionella pneumophila Cas2 Promotes the Expression of Small Heat Shock Protein C2 That Is Required for Thermal Tolerance and Optimal Intracellular Infection: Previously, we demonstrated that Cas2 encoded within the CRISPR-Cas locus of Legionella pneumophila strain 130b promotes the ability of the Legionella pathogen to infect amoebal hosts. Given that L. pneumophila Cas2 has RNase activity, we posited that the cytoplasmic protein is regulating the expression of another Legionella gene(s) that fosters intracellular infection. Proteomics revealed 10 proteins at diminished levels in the cas2 mutant, and reverse transcription-quantitative (qRT-PCR) confirmed the reduced expression of a gene encoding putative small heat shock protein C2 (HspC2), among several others. As predicted, the gene was expressed more highly at 37°C to 50°C than that at 30°C, and an hspC2 mutant, but not its complemented derivative, displayed ;100-fold reduced CFU following heat shock at 55°C. Compatible with the effect of Cas2 on hspC2 expression, strains lacking Cas2 also had impaired thermal tolerance. The hspC2 mutant, like the cas2 mutant before it, was greatly impaired for infection of Acanthamoeba castellanii, a frequent host for legionellae in waters. HspC2 and Cas2 were not required for entry into these host cells but promoted the replicative phase of intracellular infection. Finally, the hspC2 mutant exhibited an additional defect during the infection of macrophages, which are the primary host for legionellae during lung infection. In summary, hspC2 is upregulated by the presence of Cas2, and HspC2 uniquely promotes both L. pneumophila extracellular survival at high temperatures and infection of amoebal and human host cells. To our knowledge, these findings also represent the first genetic proof linking Cas2 to thermotolerance, expanding the repertoire of noncanonical functions associated with CRISPR-Cas proteins. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O generalismo deve ser favorecido evolutivamente quando não há restrição genética ou perda de aptidão através de ambientes alternativos. No entanto, a evolução do generalismo pode exigir mudanças evolutivas substanciais, que podem conferir uma resposta generalizada ao estresse a outros aspectos do ambiente. Criamos linhagens generalistas a partir de uma população laboratorial ancestral e especializada em recursos de besouros-do-feijão (Callosobruchus maculatus), criando linhagens ao longo de 60 gerações em uma mistura de espécies hospedeiras ancestrais e novas, para testar custos associados à evolução do generalismo envolvendo mudanças evolutivas na expressão gênica e respostas fenotípicas correlacionadas durante uma transição para o generalismo. As linhagens evoluídas apresentaram maior aptidão no novo recurso, sem perda de aptidão no recurso ancestral, indicando que superaram os trade-offs iniciais de aptidão. Isso envolveu a regulação positiva de genes principais de resposta ao estresse (proteínas de choque térmico) e genes codificadores de enzimas metabólicas, sugerindo um custo metabólico e fisiológico subjacente. Populações generalistas em recursos também evoluíram maior amplitude de tolerância térmica, destacando que a evolução do generalismo de recursos pode pré-adaptar espécies para responder favoravelmente a outros estressores ambientais, após seleção para regulação positiva generalizada de genes de resposta ao estresse. O rápido ganho de novos hospedeiros durante uma invasão de praga também pode conferir maior resiliência térmica às mudanças climáticas em curso. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evolution of resource generalism via generalized stress response confers increased reproductive thermal tolerance in a pest beetle: Generalism should be favoured evolutionarily when there is no genetic constraint or loss of fitness across alternative environments. However, evolution of generalism can require substantial evolutionary change, which can confer a general stress response to other aspects of the environment. We created generalist lineages from an ancestral, resource-specialized laboratory population of seed beetles (Callosobruchus maculatus) by rearing lines over 60 generations on a mixture of both ancestral and novel host species to test for costs associated with the evolution of generalism involving evolutionary changes in gene expression and correlated phenotypic responses during a shift to generalism. Evolved lines had higher fitness on the novel resource, with no loss of fitness on the ancestral resource, indicating that they overcame initial fitness trade-offs. This involved upregulation of major stress response (heat shock protein) genes and genes coding for metabolic enzymes, suggesting an underpinning metabolic and physiological cost. Resource generalist populations also evolved greater thermal tolerance breadth, highlighting that the evolution of resource generalism might pre-adapt species to respond favourably to other environmental stressors, following selection for generalized stress response gene upregulation. The rapid gain of novel hosts during a pest invasion might also confer greater thermal resilience to ongoing climate change. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As proteínas de choque térmico (HSPs) são codificadas por genes Hsp e são importantes na tolerância de insetos ao estresse térmico. O pulgão-verde, Myzus persicae, é uma praga agrícola importante. As funções dos genes Hsp na tolerância térmica de M. persicae são desconhecidas. Este estudo identificou um gene Hsp70 (MpHsp70a) e analisou seu papel na proteção contra o estresse por alta temperatura. MpHsp70a codificou uma proteína consistindo de 659 resíduos de aminoácidos. A proteína tinha três motivos de assinatura da família HSP70 e foi prevista para estar localizada no citoplasma. O maior nível de expressão de MpHsp70a foi em adultos, e as diferenças nos níveis de mRNA entre adultos ápteros e alados não foram significativas. A exposição a altas temperaturas (30, 35 e 40 °C) por uma hora e o tratamento com 40 °C por diferentes tempos (0,5, 1 e 2 h) resultaram em um nível de expressão muito elevado de MpHsp70a, sugerindo que o gene é induzido por calor. O nível transcricional de MpHsp70a foi suprimido pela injeção com RNA de fita dupla (dsRNA), e o knockdown de MpHsp70a aumentou significativamente a suscetibilidade de adultos ápteros a 40 °C. Estes resultados indicam que MpHsp70a é necessário para a tolerância ao estresse por alta temperatura em M. persicae. Nossos achados destacam o mecanismo molecular subjacente à adaptação térmica mediada por Hsp70 em M. persicae. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A heat shock protein 70 protects the green peach aphid (Myzus persicae) against high-temperature stress: Heat shock proteins (HSPs) are encoded by Hsp genes and are important in insect tolerance to heat stress. The green peach aphid, Myzus persicae, is an important agricultural pest. The functions of Hsp genes in the thermal tolerance of M. persicae are unknown. This study identified an Hsp70 gene (MpHsp70a) and analyzed its role in protection against high-temperature stress. MpHsp70a encoded a protein consisting of 659 amino acid residues. The protein had three signature motifs of the HSP70 family and was predicted to be localized in the cytoplasm. The highest expression level of MpHsp70a was in adults, and differences in the mRNA levels between apterous and alate adults were not significant. Exposure to high temperatures (30, 35 and 40 °C) for one hour and treatment with 40 °C for different times (0.5, 1 and 2 h) all resulted in a greatly elevated expression level of MpHsp70a, suggesting that the gene is heat-inducible. The transcriptional level of MpHsp70a was suppressed by injection with double-stranded RNA (dsRNA), and knockdown of MpHsp70a significantly increased the susceptibility of apterous adults to 40 °C. These results indicate that MpHsp70a is required for tolerance to high-temperature stress in M. persicae. Our findings highlight the molecular mechanism underlying Hsp70-mediated thermal adaptation in M. persicae. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ostras são espécies intertidais comercialmente importantes que se alimentam por filtração. Eventos de mortalidade em massa de ostras frequentemente ocorrem devido a estresses ambientais, como exposição a temperaturas flutuantes, salinidade e ar, bem como à poluição por metais e infecção por patógenos. Aqui, dados de RNA-seq foram utilizados para identificar genes responsivos compartilhados e específicos por meio de análise de expressão gênica diferencial e análise de rede de co-expressão gênica ponderada. Um total de 18 genes responsivos compartilhados regulados positivamente e 10 regulados negativamente foram identificados correspondendo a cinco diferentes estressores. Foram identificados 27 genes específicos para estresse por temperatura, 11 para salinidade, 80 para exposição ao ar, 51 para poluição por metais e 636 para estresse por patógeno Vibrio mediterranei em ostras. Elongina-β foi identificada como um gene crucial para resposta ao estresse térmico. Algumas HSP70s foram determinadas como genes responsivos compartilhados enquanto outras foram específicas para tolerância térmica. As proteínas codificadas por esses genes relacionados ao estresse devem ser investigadas para caracterizar suas funções fisiológicas. Além disso, as proteínas não caracterizadas e ncRNAs identificados podem estar envolvidos em mecanismos de resposta ao estresse e regulatórios específicos da espécie. Este estudo identificou genes específicos relacionados a estressores relevantes para o cultivo de ostras. Esses achados fornecem informações úteis para novas estratégias de seleção genética usando um método baseado em dados. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic identification of key genes in Pacific oysters Crassostrea gigas responding to major abiotic and biotic stressors: Oysters are commercially important intertidal filter-feeding species. Mass mortality events of oysters often occur due to environmental stresses, such as exposure to fluctuating temperatures, salinity, and air, as well as to metal pollution and pathogen infection. Here, RNA-seq data were used to identify shared and specific responsive genes by differential gene expression analysis and weighted gene co-expression network analysis. A total of 18 up-regulated and 10 down-regulated shared responsive genes were identified corresponding to five different stressors. Total 27 stressor-specific genes for temperature, 11 for salinity, 80 for air exposure, 51 for metal pollution, and 636 for Vibrio mediterranei pathogen stress were identified in oysters. Elongin-β was identified as a crucial gene for thermal stress response. Some HSP70s were determined to be shared responsive genes while others were specific to thermal tolerance. The proteins encoded by these stress-related genes should be further investigated to characterize their physiological functions. In addition, the uncharacterized proteins and ncRNAs that were identified may be involved in species-specific stress-response and regulatory mechanisms. This study identified specific genes related to stressors relevant to oyster cultivation. These findings provide useful information for new selective breeding strategies using a data driven method. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O ecossistema aquático é propenso às mudanças climáticas globais e à poluição que afetam os animais aquáticos, incluindo peixes. Diante do exposto, realizamos um experimento para delinear o papel do ácido eicosapentaenoico (EPA) e do ácido docosahexaenoico (DHA) com nanopartículas de selênio (Se-NPs) para aumentar a tolerância térmica em Pangasianodon hypophthalmus criados sob condições controle ou expostos simultaneamente a alta temperatura e arsênio (As + T) por 112 dias. As Se-NPs foram sintetizadas utilizando a abordagem verde. Quatro dietas experimentais, ou seja, EPA + DHA a 0,2, 0,4 e 0,6% juntamente com Se-NPs a 0,2 mg kg−1 de dieta, foram formuladas e preparadas. Ao final do experimento (112 dias), a tolerância térmica, ou seja, CTmin (mínima térmica crítica), CTmax (máxima térmica crítica), LTmin (mínima térmica letal) e LTmax (máxima térmica letal) foram determinadas. A suplementação de EPA + DHA juntamente com Se-NPs melhorou notavelmente a tolerância térmica dos peixes criados sob estresse (As + T) e condição controle. A superóxido dismutase, glutationa-S-transferase, catalase, peróxidos de glutationa e LPO foram aumentadas por As + T, enquanto EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs reduziram o estresse oxidativo. Além disso, a acetilcolina esterase foi inibida pelo arsênio sozinho e em conjunto com a temperatura, mas a suplementação alimentar aumentou significativamente a atividade da AChE cerebral. A exposição ao arsênio e em conjunto com a temperatura reduziu significativamente a ATPase. Enquanto a suplementação de EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs aumentou a ATPase nos tecidos do fígado e brânquias. A bioacumulação de arsênio também foi reduzida com EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs. A presente investigação concluiu que EPA + DHA a 0,4% e Se-NPs a 0,2 mg kg−1 de dieta protegem o P. hypophthalmus contra a poluição por arsênio e o estresse térmico. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Selenium nanoparticles and omega-3 fatty acid enhanced thermal tolerance in fish against arsenic and high temperature: The aquatic ecosystem is prone to global climate change and pollution affecting aquatic animals, including fish. In light of the above, we experimented with delineate the role of eicosapentaenoic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA) with selenium nanoparticles (Se-NPs) to enhance the thermal tolerance in Pangasianodon hypophthalmus reared under control or concurrent exposure to high temperature and arsenic (As + T) for 112 days. Se-NPs were synthesized using the green approach. Four experimental diets viz. EPA + DHA at 0.2, 0.4 and 0.6 % along with Se-NPs at 0.2 mg kg−1 diet were formulated and prepared. End of the experiment (112 days), the thermal tolerance viz. CTmin (critical thermal minima) CTmax (critical thermal maxima), LTmin (lethal thermal minima) and LTmax (lethal thermal maxima) were determined. Supplementation of EPA + DHA along with Se-NPs noticeably improved the thermal tolerance of the fish reared under stress (As + T) and control condition. Superoxide dismutase, glutathione-s-transferase, catalase, glutathione peroxides and LPO were enhanced by As + T, whereas EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs reduced the oxidative stress. Further, acetylcholine esterase was inhibited by arsenic alone and concurrent with temperature but dietary supplementation significantly enhanced the brain AChE activity. Exposure to arsenic and concurrent with a temperature significantly reduced the ATPase. Whereas supplementation of EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs enhanced the ATPase in liver and gill tissues. Arsenic bioaccumulation was also reduced with EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs. The present investigation concluded that EPA + DHA at 0.4 % and Se-NPs at 0.2 mg kg−1 diet protects the P. hypophthalmus against arsenic pollution and thermal stress. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Arma chinensis é um importante inimigo predador de muitas pragas agrícolas e florestais. A proteína de choque térmico 70 (Hsp70) desempenha um papel essencial na adaptação de insetos a vários fatores de estresse. Para explorar as funções das Hsp70s em relação à tolerância térmica de A. chinensis, os cDNAs de comprimento total de seis genes Hsp70 (AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, AcHsp68b, AcHsp70-2 e AcHsc70-4) foram clonados. Suas molduras abertas de leitura (ORFs) foram de 1902, 2454, 1884, 1905, 1872 e 1947 pb, respectivamente. Os perfis de expressão desenvolvimental mostraram que AcHsp70Ba, AcHsp70-4 e AcHsc70-4 foram extremamente altamente expressos nos estágios adultos. AcHsp68a e AcHsp70-2 mostraram o maior nível de expressão nos estágios ninfais, e AcHsp68b foi principalmente expresso em adultos machos. A análise de distribuição tecidual demonstrou que as AcHsp70s foram expressas ubiquamente, mas mostrando padrões de expressão específicos do gene e dirigidos pelo sexo. A alta temperatura induziu a expressão das seis AcHsp70s. Entre elas, AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a e AcHsc70-4 foram significativamente induzidas a 38 °C por 6 h, enquanto todas as seis AcHsp70s foram significativamente induzidas a 38 °C por 24 h. Houve diferenças nas respostas das seis AcHsp70s ao estresse por baixa temperatura. As expressões de AcHsp70-4, AcHsp68a e AcHsp68b em adultos machos foram significativamente reprimidas a 4 °C por 6 h, enquanto AcHsp70Ba e AcHsp70-2 foram significativamente induzidas. Os níveis de AcHsp70Ba, AcHsp68b e AcHsp70-2 em adultos fêmeas foram significativamente reprimidos a 4 °C por 24 h, enquanto AcHsc70-4 foi significativamente induzida. Estes resultados sugeriram que as AcHsp70s desempenham papéis importantes em vários estágios desenvolvimentais e funções teciduais, e contribuem para a tolerância de A. chinensis a temperaturas extremas. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular characterization of six heat shock protein 70 genes from Arma chinensis and their expression patterns in response to temperature stress: Arma chinensis is an important predatory enemy of many agricultural and forest pests. Heat shock protein 70 (Hsp70) plays an essential role in insect adaptation to various stress factors. To explore the functions of Hsp70s in relation to thermal tolerance of A. chinensis, full-length cDNAs of six Hsp70 genes (AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, AcHsp68b, AcHsp70-2, and AcHsc70-4) were cloned. Their open reading frames (ORFs) were 1902, 2454, 1884, 1905, 1872, and 1947 bp, respectively. Developmental expression profiles showed that AcHsp70Ba, AcHsp70-4, and AcHsc70-4 were extremely highly expressed in adult stages. AcHsp68a and AcHsp70-2 showed the highest level of expression in nymph stages, and AcHsp68b was mainly expressed in male adults. Tissue distribution analysis demonstrated that the AcHsp70s were ubiquitously expressed but showing gene-specific and sex-driven patterns of expression. High temperature induced the expression of the six AcHsp70s. Among them, AcHsp70Ba, AcHsp70-4, AcHsp68a, and AcHsc70-4 were significantly induced at 38 °C for 6 h, while all six AcHsp70s were significantly induced at 38 °C for 24 h. There were differences in responses of the six AcHsp70s to low-temperature stress. The expressions of AcHsp70-4, AcHsp68a, and AcHsp68b in male adults were significantly repressed at 4 °C for 6 h, whereas AcHsp70Ba and AcHsp70-2 were significantly induced. The levels of AcHsp70Ba, AcHsp68b, and AcHsp70-2 in female adults were significantly repressed at 4 °C for 24 h, whereas AcHsc70-4 was significantly induced. These results suggested that AcHsp70s play important roles in various developmental stages and tissue function, and contribute to the tolerance of A. chinensis to extreme temperatures. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os gastrópodes exibem notável variação na cor da concha dentro e entre populações, mas a função da cor da concha frequentemente não é clara. No presente estudo, a temperatura corporal em campo e as respostas fisiológicas e transcriptômicas ao estresse térmico foram investigadas em diferentes morfotipos de cor da concha do caramujo de lodaçal Batillaria attramentaria. Usando modelos biomiméticos, descobrimos que a temperatura corporal de caramujos com concha escura sem bandas (morfotipo D) era ligeiramente maior que a de caramujos com uma linha branca na parte superior de cada volta (morfotipo UL) quando expostos à luz solar. Apesar de não haver diferenças na temperatura letal superior entre os morfotipos de cor da concha, sua temperatura de ponto de ruptura de Arrhenius (ABT) para desempenho térmico cardíaco diferiu significativamente, e a ABT de caramujos com morfotipo D foi maior que a de caramujos com morfotipo UL. A análise transcriptômica mostrou que caramujos tipo D exibem níveis mais elevados de quatro proteínas de choque térmico (HSPs) que caramujos tipo UL na temperatura controle. A resposta a proteínas desdobradas foi ativada em caramujos tipo UL, mas não em caramujos tipo D sob estresse térmico moderado. E 11 HSPs mostraram aumento em caramujos tipo UL em contraste com 1 HSP em caramujos tipo D, sugerindo uma estratégia de "defesa preparatória" da resposta ao choque térmico em caramujos tipo D sob estresse térmico moderado. Quando expostos à temperatura subletal, oito chaperonas moleculares foram exclusivamente reguladas positivamente em caramujos tipo D, sugerindo que estes genes podem permitir que caramujos tipo D melhorem sua tolerância térmica cardíaca. Nossos resultados sugerem que as estratégias de defesa preparatória e maior ABT para desempenho térmico cardíaco podem permitir que os caramujos de concha escura se adaptem a estresses térmicos rápidos e mais fortes no campo. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Cardiac performance and heat shock response variation related to shell colour morphs in the mudflat snail Batillaria attramentaria: Gastropods exhibit remarkable variation in shell colour within and among populations, but the function of shell colour is often not clear. In the present study, body temperature in the field and physiological and transcriptomic responses to thermal stress were investigated in different shell colour morphs of the mudflat snail Batillaria attramentaria. Using biomimetic models, we found that the body temperature of snails with a dark unbanded shell (D-type morph) was slightly higher than that of snails with a white line on the upper side of each whorl (UL-type morph) when exposed to sunlight. Despite no differences in upper lethal temperature among shell colour morphs, their Arrhenius breakpoint temperature (ABT) for cardiac thermal performance differed significantly, and the ABT of snails with the D-type morph was higher than that of snails with the UL-type morph. Transcriptomic analysis showed that D-type snails exhibit higher levels of four heat shock proteins (HSPs) than UL-type snails at control temperature. The unfolded protein response was activated in UL-type snails but not in D-type snails under moderate thermal stress. And 11 HSPs showed an increase in UL-type snails in contrast to 1 HSP in D-type snails, suggesting a 'preparative defence' strategy of the heat shock response in D-type snails under moderate thermal stress. When exposed to sublethal temperature, eight molecular chaperones were uniquely upregulated in D-type snails, suggesting these genes may allow D-type snails to improve their cardiac thermal tolerance. Our results suggest that the preparative defence strategies and higher ABT for cardiac thermal performance may allow the dark shell snails to adapt to rapid and stronger thermal stress in the field. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica e os mecanismos associados são frequentemente testados através da temperatura crítica máxima (CTMax). A temperatura de agitação é um limite térmico recentemente descrito em peixes que recebeu pouca avaliação mecanicista. O presente estudo utilizou um peixe elasmobrânquio temperado para testar a hipótese de que essa característica de tolerância térmica é parcialmente determinada pelo início do declínio do desempenho cardiorrespiratório e da resposta ao estresse celular. Tubarões-cação-de-espinho-do-Pacífico (Squalus suckleyi) foram avaliados quanto aos limites térmicos cardiorrespiratórios e de organismo inteiro para testar associações entre desempenho térmico e tolerância. Em seguida, marcadores bioquímicos de estresse secundário, atividades enzimáticas aeróbias e anaeróbias, e marcadores moleculares de estresse celular foram determinados para vários tecidos na temperatura de agitação, e marcadores de estresse secundário foram determinados na CTMax. Nos tubarões-cação, a temperatura de agitação foi caracterizada pelo aumento da atividade de giro dentro das câmaras experimentais e foi igual à temperatura onde os tubarões-cação exibiram frequência cardíaca máxima. A atividade da citrato sintase aumentou na temperatura de agitação no músculo branco em relação aos tubarões-cação não manipulados. Além disso, a atividade da lactato desidrogenase e o lactato acumulado no plasma e músculo não foram afetados pelo aquecimento agudo. O estresse celular foi aparente no hipotálamo, filamento branquial e ventrículo, denotado pela abundância elevada de transcritos de hsp70, mas não de hif1α. Por outro lado, a CTMax foi caracterizada por acidose metabólica impulsionada pela produção anaeróbica de lactato, significando uma dependência aumentada do metabolismo anaeróbico entre a temperatura de agitação e a CTMax. Juntos, esses dados fornecem suporte parcial para nossa hipótese, pois o estresse celular, mas não o declínio do desempenho térmico, ocorreu na temperatura de agitação. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological responses to acute warming at the agitation temperature in a temperate shark: Thermal tolerance and associated mechanisms are often tested via the critical thermal maximum (CT<inf>Max</inf>). The agitation temperature is a recently described thermal limit in fishes that has received little mechanistic evaluation. The present study used a temperate elasmobranch fish to test the hypothesis that this thermal tolerance trait is partially set by the onset of declining cardiorespiratory performance and the cellular stress response. Pacific spiny dogfish (Squalus suckleyi) were screened for cardiorespiratory and whole-organism thermal limits to test for associations between thermal performance and tolerance. Then, biochemical markers of secondary stress, aerobic and anaerobic enzyme activities, and molecular markers of cellular stress were determined for various tissues at the agitation temperature, and secondary stress markers were determined at CT<inf>Max</inf>. In dogfish, the agitation temperature was characterised by increased turning activity within experimental chambers and was equal to the temperature where dogfish exhibited maximum heart rate. Citrate synthase activity increased at the agitation temperature in white muscle relative to unmanipulated dogfish. Further, lactate dehydrogenase activity and accumulated lactate in the plasma and muscle were not affected by acute warming. Cellular stress was apparent in hypothalamus, gill filament, and ventricle, denoted by elevated transcript abundance of hsp70, but not hif1α. Conversely, CT<inf>Max</inf> was characterised by metabolic acidosis driven by anaerobic lactate production, signifying an increased reliance on anaerobic metabolism between the agitation temperature and CT<inf>Max</inf>. Together, these data provide partial support for our hypothesis, in that cellular stress, but not declining thermal performance, occurred at the agitation temperature. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As pequenas proteínas de choque térmico (sHSPs) desempenham papéis importantes no desenvolvimento e resistência ao estresse em insetos. No entanto, as funções in vivo e os mecanismos de ação permanecem amplamente desconhecidos ou pouco claros para a maioria dos membros das sHSPs em insetos. Este estudo investigou a expressão de CfHSP20.2 na lagarta-do-broto-do-abeto, Choristoneura fumiferana (Clem.) sob condições normais e de estresse térmico. Sob condições normais, o transcrito e a proteína CfHSP20.2 foram altamente e constantemente expressos nos testículos de larvas macho, pupas e adultos jovens e nos ovários de pupas em estágio tardio e adultos fêmeas. Após a eclosão do adulto, CfHSP20.2 permaneceu altamente e quase constantemente expresso nos ovários, mas em contraste, foi reprimido nos testículos. Sob estresse térmico, CfHSP20.2 foi regulado positivamente nas gônadas e tecidos não gonadais em ambos os sexos. Estes resultados indicam que a expressão de CfHSP20.2 é específica da gônada e induzida por calor. Isto fornece evidências de que a proteína CfHSP20.2 desempenha papéis importantes durante o desenvolvimento reprodutivo sob condições ambientais normais, enquanto sob condições de estresse térmico, também pode aumentar a tolerância térmica das gônadas e tecidos não gonadais. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of the gonad-specific small heat shock protein, CfHSP20.2, in the spruce budworm, Choristoneura fumiferana (Clem.): Small heat shock proteins (sHSPs) play important roles in insect development and stress resistance. However, the in vivo functions and mechanisms of action remain largely unknown or unclear for most members of the sHSPs in insects. This study investigated the expression of CfHSP20.2 in the spruce budworm, Choristoneura fumiferana (Clem.) under normal and heat-stress conditions. Under normal conditions, CfHSP20.2 transcript and protein were highly and constantly expressed in the testes of male larvae, pupae and young adults and in the ovaries of female late-stage pupae and adults. After adult eclosion, CfHSP20.2 remained highly and almost constantly expressed in the ovaries, but in contrast, was downregulated in the testes. Upon heat stress, CfHSP20.2 was upregulated in the gonads and non-gonadal tissues in both sexes. These results indicate that CfHSP20.2 expression is gonad-specific and heat-inducible. This provides evidence that the CfHSP20.2 protein plays important roles during reproductive development under normal environmental conditions, while under heat-stress conditions, it may also enhance the thermal tolerance of the gonads and non-gonadal tissues. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Mudanças climáticas e poluição são os principais contribuintes para a degradação dos sistemas aquáticos. Esses fatores também afetam a existência e a adequação dos animais aquáticos. Esses fatores abióticos afetam a tolerância térmica do Pangasianodon hypophthalmus. Nesse contexto, um experimento foi conduzido para delinear o papel do nano-cobre (Cu-NPs) no aumento da eficiência térmica, expressão de genes antioxidantes e imunidade do P. hypophthalmus criado sob estresse por arsênio (As), alta temperatura (34 °C) e pH baixo (6,5) por 110 dias. Quatro dietas isocalóricas e isonitrogenadas contendo Cu-NPs a 0, 1,0, 1,5 e 2,0 mg kg−1 foram formuladas e preparadas. O estudo de eficiência térmica foi conduzido ao final de 110 dias de ensaio alimentar e determinou o mínimo térmico crítico (CTmin), máximo térmico letal (LTmax), mínimo térmico letal (LTmin) e máximo térmico crítico (CTmax). O cortisol, a proteína de choque térmico (HSP 70) e as enzimas neurotransmissoras foram notavelmente afetados por As, As+T e As+pH+T, enquanto foram melhorados pelo Cu-NPs dietético durante LTmin e LTmax. Os genes relacionados ao índice imunológico, a saber, fator de necrose tumoral (TNFα), interleucina (IL1b), óxido nítrico sintase induzível (iNOS), imunoglobulina (Ig) e receptor tipo toll (TLR) no fígado foram notavelmente alterados com os estressores. Enquanto o Cu-NPs dietético a 1,5 mg kg−1 na dieta melhorou os sistemas imunológicos ao melhorar a expressão gênica durante LTmin e LTmax. A expressão gênica relacionada à antioxidante SOD, CAT e GPx foi significativamente aumentada com As, As+T e As+pH+T, enquanto o Cu-NPs reduziu notavelmente o estresse oxidativo. A bioacumulação e concentração de arsênio no músculo e na água do P. hypophthalmus foram significativamente reduzidas usando Cu-NPs dietético. Também protegeu os tecidos contra danos ao DNA durante LTmax. A presente investigação revelou que a suplementação de Cu-NPs a 1,5 mg kg-1 na dieta melhora a eficiência térmica e a regulação gênica relacionada à antioxidante e imunidade do P. hypophthalmus. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Nano‑copper enhances thermal efficiency and stimulates gene expression in response to multiple stresses in Pangasianodon hypophthalmus (Striped catfish): Climate change and pollution are the major contributors to the aquatic system degradation. These factors also affect the existence and suitability of the aquatic animals. These abiotic factors affect the thermal tolerance of the Pangasianodon hypophthalmus. In the above backdrop, an experiment was conducted to delineate the role of nano‑copper (Cu-NPs) in the enhancement of thermal efficiency, anti-oxidative gene expression, and immunity of the P. hypophthalmus reared under arsenic (As), high temperature (34 °C) and low pH (6.5) stress for 110 days. Four isocaloric and isonitrogenous diets containing Cu-NPs at 0, 1.0, 1.5, and 2.0 mg kg−1 were formulated and prepared. The thermal efficiency study was conducted at the end of 110 days feeding trial and determined the critical thermal minima (CTmin), lethal thermal maxima (LTmax) and lethal thermal minima (LTmin), and critical thermal maxima (CTmax). The cortisol, heat shock protein (HSP 70) gene, and neurotransmitter enzymes were noticeably affected by As, As+T and As+pH+T, whereas it improved by dietary Cu-NPs during LTmin and LTmax. The genes related to immunological index viz. tumor necrosis factor (TNFα), interleukin (IL1b), inducible nitric oxide synthase (iNOS), immunoglobulin (Ig) and toll like receptor (TLR) in liver were noticeably altered with stressors. Whereas dietary Cu-NPs at 1.5 mg kg−1 diet improved the immune systems by improving gene expression during LTmin and LTmax. The anti-oxidative related gene expression SOD, CAT, and GPx were significantly enhanced with As, As+T, and As+pH+T, whereas Cu-NPs remarkably reduced the oxidative stress. The bioaccumulation and concentration of arsenic in P. hypophthalmus muscle and water were significantly reduced using dietary Cu-NPs. It also protects the tissues against DNA damage during LTmax. The present investigation revealed that supplementation of Cu-NPs at 1.5 mg kg-1 diet improves thermal efficiency and gene regulation related to anti-oxidative and immunity of the P. hypophthalmus. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico prejudica significativamente o desempenho de crescimento de frangos de corte, causando sérias perdas à indústria avícola anualmente. Assim, compreender o desempenho de raças de galinhas indígenas sob tal ambiente é crucial para abordar o problema do estresse térmico. O propósito deste estudo foi investigar os efeitos do estresse térmico (HS) no desempenho produtivo, histologia tecidual, resposta de choque térmico (HSP70, HSP90) e genes relacionados ao crescimento muscular (GHR, IGF-1 e IGF-1R) da Galinha amarela normal (NYC) e Galinha amarela anã (DYC). Setenta e duas aves fêmeas de cada linhagem foram criadas sob condições ambientais normais até 84 dias, com aves de cada linhagem sendo divididas em dois grupos (HS e controle). No grupo HS, as aves foram submetidas a alta temperatura de 35 ± 1 °C por 8 h diariamente durante uma semana, enquanto no grupo controle, as aves foram criadas a 28 ± 1 °C. Aos 91 dias de idade, tecidos do fígado, hipotálamo e músculo peitoral das aves foram coletados para avaliar a expressão gênica, alterações histológicas e o desempenho produtivo. O consumo de ração, taxa de ganho de peso, ingestão total de proteína e taxa de eficiência proteica mostraram redução significativa nos tratamentos (P < 0,01) e interação tratamento × linhagem (P < 0,05), com taxa de músculo peitoral reduzindo significativamente entre os tratamentos (P < 0,01) após 7 dias de HS. Correspondentemente, a gordura abdominal total mostrou mudança significativa entre tratamento e linhagem (P < 0,01, P < 0,05), respectivamente. Além disso, HS aumentou marcadamente a expressão de mRNA de HSP70 e HSP90 no peitoral maior de ambas as linhagens de galinhas, mas nenhum aumento significativo (P < 0,05) foi encontrado na expressão de mRNA de HSP90 em tecidos hepáticos e hipotalâmicos de ambas as linhagens de galinhas. Ademais, HS aumentou significativamente (P < 0,05) a expressão de genes lipogênicos (FASN, ACC) em tecidos hepáticos de NYC, enquanto a expressão de mRNA desses genes não mostrou variação em DYC. Similarmente, HS reduziu a expressão de mRNA de genes relacionados ao crescimento muscular (GHR, IGF-1 e IGF-1R). Consequentemente, a análise histopatológica mostrou que alterações histológicas foram acompanhadas por infiltração de células inflamatórias em tecidos hepáticos de ambas as linhagens de galinhas; entretanto, alterações histopatológicas foram mais severas em NYC do que na linhagem de galinha anã. Conclusivamente, este estudo demonstrou que o desempenho produtivo e taxa de crescimento variaram significativamente entre grupo tratamento e controle de NYC. Contudo, o tratamento térmico em DYC não mostrou consequências danificantes significativas comparado ao grupo controle, o que sinaliza o papel vital da característica anã na tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Investigating the heat tolerance and production performance in local chicken breed having normal and dwarf size: Heat stress significantly impairs the growth performance of broilers, which causes serious losses to the poultry industry every year. Thus, understanding the performance of indigenous chicken breeds under such environment is crucial to address heat stress problem. The purpose of this study was to investigate the effects of heat stress (HS) on production performance, tissue histology, heat shock response (HSP70, HSP90), and muscle growth-related genes (GHR, IGF-1, and IGF-1R) of Normal yellow chicken (NYC) and Dwarf yellow chicken (DYC). Seventy-two female birds from each strain were raised under normal environmental conditions up to 84 days, with birds from each strain being divided into two groups (HS and control). In the HS group, birds were subjected to high temperature at 35 ± 1 °C for 8 h daily and lasted for a week, while in the control group, birds were raised at 28 ± 1 °C. At 91 days old, bird's liver, hypothalamus, and breast muscle tissues were collected to evaluate the gene expression, histological changes, and the production performance. The Feed intake, weight gain ratio, total protein intake and protein efficiency ratio showed a significant reduction in the treatments (P < 0.01) and treatment × strain interaction (P < 0.05) with breast muscle rate significantly reducing among the treatments (P < 0.01) after 7 days of HS. Correspondingly, total abdominal fat showed significant change among treatment and strain (P < 0.01, P < 0.05), respectively. Besides, HS markedly upregulated the mRNA expression of HSP70 and HSP90 in the pectoralis major of both chicken strains, but no significant increase (P < 0.05) was found in mRNA expression of HSP90 in liver and hypothalamus tissues of both chicken strains. Moreover, HS significantly upregulated (P < 0.05) the expression of lipogenic genes (FASN, ACC) in liver tissues of NYC, while mRNA expression of these genes showed no variation in DYC. Similarly, HS downregulated the mRNA expression of muscle growth-related genes (GHR, IGF-1, and IGF-1R). Consequently, the histopathological analysis showed that histological changes were accompanied by inflammatory cell infiltration in liver tissues of both chicken strains; however, histopathological changes were more severe in NYC than dwarf chicken strain. Conclusively, this study depicted that the production performance and growth rate varied significantly between treatment and control group of NYC. However, heat treatment in DYC has not shown significant damaging consequences as compared to the control group that signifies the vital role of the dwarf trait in thermal tolerance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O fenômeno do aumento do estresse térmico (HS) entre os animais é de particular importância quando observado em indústrias economicamente significativas, como a avicultura. Devido à identificação das raízes fisiológicas, moleculares e genéticas das respostas ao HS em frangos, um número substancial de estudos tem se concentrado em reduzir os efeitos do HS na avicultura por meio de manejo ambiental, manipulação dietética e alterações genéticas. Alega-se que a manipulação de temperatura (TM) durante a embriogênese aumenta a tolerância térmica e o bem-estar dos frangos sem afetar sua capacidade de crescimento futuro. Houve pouca investigação sobre a vulnerabilidade do epigenoma envolvendo TM durante a embriogênese, embora as vias celulares ativadas pelo HS tenham sido exploradas em frangos. Alterações epigenéticas causadas por TM pré-natal melhoram a adaptação pós-natal à temperatura e produzem memória fisiológica. Este trabalho oferece uma análise minuciosa que explica o impacto cumulativo dos genes de resposta ao HS, como genes relacionados a proteínas de choque térmico, antioxidantes e genes imunológicos, que podem auxiliar na adaptabilidade aprimorada de frangos que foram submetidos à manipulação térmica durante seus estágios embrionários. © 2022 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of Thermal Manipulation on mRNA Regulation of Response Genes Regarding Improvement of Thermotolerance Adaptation in Chickens during Embryogenesis: The phenomenon of increasing heat stress (HS) among animals is of particular significance when it is seen in economically significant industries, such as poultry. Due to the identification of the physiological, molecular, and genetic roots of HS responses in chickens, a substantial number of studies have focused on reducing the effects of HS in poultry through environmental management, dietary manipulation, and genetic alterations. Temperature manipulation (TM) during embryogenesis has been claimed to increase the thermal tolerance and well-being of chickens without affecting their capacity for future growth. There has been little investigation into the vulnerability of the epigenome involving TM during embryogenesis, although the cellular pathways activated by HS have been explored in chickens. Epigenetic changes caused by prenatal TM enhance postnatal temperature adaption and produce physiological memory. This work offers a thorough analysis that explains the cumulative impact of HS response genes, such as genes related to heat shock proteins, antioxidants, and immunological genes, which may aid in the enhanced adaptability of chickens that have undergone thermal manipulation during their embryonic stages. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.

As altas temperaturas no verão representam uma ameaça para a truta arco-íris Oncorhynchus mykiss em tanques-rede, causando estresse térmico ou até mesmo morte. Para investigar os efeitos do estresse térmico na resposta antioxidante do fígado da truta arco-íris e genes imunes relacionados, selecionamos trutas arco-íris juvenis [(24,8±10,0) g] como sujeitos experimentais e selecionamos os grupos sensível e tolerante por aumentos graduais de temperatura até um ponto de estresse térmico. Fragmentação de DNA polimórfico (RAPD) foi estudada de forma comparativa. Os resultados mostram que os níveis de atividades de superóxido dismutase (SOD) e catalase (CAT) no grupo sensível não mostraram diferença significativa daqueles no grupo tolerante (P>0,05) mas diferiram do grupo controle (P<0,05). Os níveis de fator induzível por hipóxia 1α (hif-1α), interleucina-1β (il-1β) e proteínas de choque térmico 10 (hsp10) no grupo sensível não tiveram diferença significativa daqueles no grupo tolerante (P<0,05). A expressão relativa de hif-1α, il-1β e hsp10 foi 1,8, 1,28 e 16,5 vezes maior no grupo sensível do que no grupo tolerante (P<0,05), respectivamente. A expressão de proteínas de choque térmico 70 (hsp70) no grupo tolerante foi 1,37 vezes maior que a do grupo sensível (P<0,05). A expressão de il-8 e hsp10 no grupo sensível foi significativamente maior que no grupo tolerante, indicando que a alta temperatura levou a uma resposta inflamatória no fígado de trutas arco-íris juvenis, e o fígado do grupo sensível foi mais severamente danificado, o que é consistente com o perfil RAPD refletindo que o dano ao DNA no grupo sensível foi mais severo que no grupo tolerante. A expressão de hsp70 no grupo tolerante foi significativamente maior que no grupo sensível porque hsp70 desempenha um papel na proteção de tecidos e células em truta arco-íris em resposta ao estresse térmico. Sugere-se que a diferença na expressão de hsp70 e hsp10 é uma das razões para a diferença na tolerância térmica e a capacidade de tolerar hipóxia é um fator importante na tolerância térmica para truta arco-íris. Enquanto isso, o RAPD é uma ferramenta eficaz para identificar indivíduos com tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

EFFECT OF THERMAL STRESS ON ACTIVITY OF ANTIOXIDANT ENZYMES AND EXPRESSION OF IMMUNE-RELATED GENES IN LIVER OF RAINBOW TROUT (ONCORHYNCHUS MYKISS): High summer temperatures poses a threat to rainbow trout Oncorhynchus mykiss in net pens, causing thermal stress or even death. To investigate the effects of thermal stress on the antioxidant response of rainbow trout liver and related immune genes, we selected juvenile rainbow trout [(24.8±10.0) g] as the experimental subjects and screened the sensitive and tolerant groups by gradual temperature increases to a thermal stress point. Polymorphic DNA (RAPD) fragmentation was studied in a comparative manner. Results show that the levels of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) activities in the sensitive group showed no significant difference from those in the tolerant group (P>0.05) but the control group (P<0.05). The levels of hypoxia inducible factor 1α (hif-1α), interleukin-1β (il-1β), and heat shock proteins10 (hsp10) in the sensitive group had no significant difference from those in the tolerant group (P<0.05). The relative expression of hif-1α, il-1β, and hsp10 were 1.8, 1.28, and 16.5 times higher in the sensitive group than in the tolerant group (P<0.05), respectively. The expression of heat shock proteins 70 (hsp70) in the tolerant group was 1.37 times higher of that in the sensitive group (P<0.05). The expression of il-8 and hsp10 in the sensitive group was significantly higher than that in the tolerant group, indicating that the high temperature led to an inflammatory response in the liver of juvenile rainbow trout, and the liver of the sensitive group was more severely damaged, which is consistent with the RAPD profile reflecting that the DNA damage in the sensitive group was more severe than that in the tolerant group. The expression of hsp70 in the tolerant group was significantly higher than that in the sensitive group because hsp70 plays a role in protecting tissues and cells in rainbow trout in response to the heat stress. It is suggested that the difference in hsp70 and hsp10 expression is one of the reasons for the difference in thermal tolerance and the ability to tolerate hypoxia is an important factor in thermal tolerance for rainbow trout. Meanwhile, the RAPD is an effective tool for identifying individuals with thermal tolerance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em comparação com a maioria dos peixes teleósteos modernos, os esturjões geralmente apresentam respostas ao estresse atenuadas. Embora uma resposta atenuada ao estresse pareça ser ubíqua entre as espécies de esturjão, os mecanismos subjacentes a esta resposta atenuada não foram totalmente descritos. O objetivo deste estudo foi determinar os padrões de alteração hematológica e transcriptômica no tecido muscular após um estresse térmico agudo de alta temperatura (máxima térmica crítica; CT<inf>max</inf>) em duas espécies de esturjão localmente co-ocorrentes mas evolutivamente distantes (esturjão do Atlântico e esturjão-de-focinho-curto). O padrão mais marcante encontrado foi que o esturjão do Atlântico desencadeou uma vigorosa resposta transcriptômica no CT<inf>max</inf>, enquanto o esturjão-de-focinho-curto não o fez. Em contraste, o esturjão-de-focinho-curto apresenta cortisol significativamente mais elevado que o esturjão do Atlântico no CT<inf>max</inf>, reafirmando que o esturjão-de-focinho-curto tem uma resposta ao estresse de cortisol menos atenuada. O esturjão do Atlântico reprimiu vários processos, incluindo criação/processamento de RNA, metilação e processos imunológicos. Além disso, vários genes relacionados a proteínas de choque térmico foram diferencialmente expressos no CT<inf>max</inf> no esturjão do Atlântico, mas nenhum desses genes foi significativamente alterado no esturjão-de-focinho-curto. Também observamos que a maioria dos genes diferencialmente expressos de ambas as espécies não é descrita e não possui ortólogos conhecidos. Estes resultados sugerem que, embora os esturjões como um todo possam mostrar respostas atenuadas ao estresse, espécies individuais de esturjão provavelmente usam estratégias indutivas diferentes para lidar com o estresse térmico agudo de alta temperatura. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Atlantic sturgeon and shortnose sturgeon exhibit highly divergent transcriptomic responses to acute heat stress: In comparison to most modern teleost fishes, sturgeons generally display muted stress responses. While a muted stress response appears to be ubiquitous across sturgeon species, the mechanisms unpinning this muted response have not been fully described. The objective of this study was to determine the patterns of hematological and transcriptomic change in muscle tissue following an acute high temperature stress (critical thermal maxima; CT<inf>max</inf>) in two locally co-occurring but evolutionarily distant sturgeon species (Atlantic and shortnose sturgeon). The most striking pattern found was that Atlantic sturgeon launched a vigorous transcriptomic response at CT<inf>max</inf>, whereas shortnose sturgeon did not. In contrast, shortnose sturgeon have significantly higher cortisol than Atlantics at CT<inf>max</inf>, reconfirming that shortnose have a less muted cortisol stress response. Atlantic sturgeon downregulated a number of processes, included RNA creation/processing, methylation and immune processes. Furthermore, a number of genes related to heat shock proteins were differentially expressed at CT<inf>max</inf> in Atlantic sturgeon but none of these genes were significantly changed in shortnose sturgeon. We also note that the majority of differentially expressed genes of both species are undescribed and have no known orthologues. These results suggest that, while sturgeons as a whole may show muted stress responses, individual sturgeon species likely use different inducible strategies to cope with acute high temperature stress. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em resposta a estressores ambientais, os pais podem moldar os resultados do desenvolvimento de sua prole ao contribuir com fatores não genéticos, mas hereditários. A transmissão de tais fatores pode potencialmente permitir que a prole, desde o início de suas vidas, expresse fenótipos que correspondam aos seus ambientes antecipados. Neste estudo, pergunto se o crescimento aprimorado em larvas de Onthophagus taurus (o besouro rola-bosta de cabeça grande) é modificado pela exposição parental ao calor ou pela exposição da prole ao calor durante o início da vida. Descubro que, independentemente do ambiente inicial da prole, indivíduos produzidos por pais expostos ao calor crescem mais. Além disso, adotando uma abordagem transcriptômica, descubro que a sinalização da ecdisona pode mediar o efeito transgeracional e que o aumento da sinalização da insulina ou a redução da produção de proteínas de choque térmico podem ser responsáveis pelo crescimento aprimorado em larvas derivadas de pais expostos ao calor. Juntos, meus resultados fornecem evidências de um efeito transgeracional induzido termicamente e uma base para testes funcionais de mecanismos candidatos que medeiam o efeito. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A transcriptomic investigation of heat-induced transgenerational plasticity in beetles: In response to environmental stressors, parents can shape the developmental outcomes of their offspring by contributing non-genetic but heritable factors. The transmission of such factors can potentially allow offspring, from the beginning of their lives, to express phenotypes that match their anticipated environments. In this study, I ask whether enhanced growth in larvae of Onthophagus taurus (the bull-headed dung beetle) is modified by parental exposure to heat or by exposure of the offspring to heat during early life. I find that, irrespective of the early environment of the offspring, individuals produced by parents exposed to heat grow larger. Furthermore, taking a transcriptomic approach, I find that ecdysone signalling might mediate the transgenerational effect and that increased insulin signalling or reduced production of heat shock proteins might be responsible for the enhanced growth in larvae derived from parents exposed to heat. Together, my results provide evidence for a thermally induced transgenerational effect and a foundation for functional testing of candidate mechanisms mediating the effect. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A distribuição geográfica do mosquito vetor de muitos vírus causadores de doenças humanas, Aedes aegypti, está se expandindo, em parte devido às mudanças climáticas. A capacidade desta espécie de se adaptar ao estresse térmico afetará suas distribuições futuras. Não está claro quanto a variação genética hereditária pode afetar os limites térmicos superiores das populações de mosquitos a longo prazo. Nem as vias genéticas que conferem tolerância térmica são totalmente compreendidas. A curto prazo, as células induzem uma resposta plástica e protetora conhecida como 'choque térmico'. Usando um ensaio fisiológico de 'knockdown', investigamos a tolerância térmica do mosquito para caracterizar a arquitetura genética da característica. Embora as famílias representando os extremos da distribuição para o tempo de knockdown diferissem entre si, a característica exibiu herdabilidade de sentido amplo baixa, mas não nula. Em seguida, exploramos se famílias representando extremos de desempenho térmico diferiam em sua resposta ao choque térmico medindo a expressão gênica dos genes codificadores de proteínas de choque térmico Hsp26, Hsp83 e Hsp70. Contrariamente à previsão, as famílias com maior tolerância térmica demonstraram menor expressão de Hsp. Este padrão pode indicar que outros mecanismos de tolerância ao calor, em vez do choque térmico, podem sustentar a resposta ao estresse, e a produção custosa de HSPs pode, em vez disso, sinalizar má adaptação. Este artigo é parte da edição temática 'Ecologia e evolução de doenças infecciosas em um mundo em mudança'. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Assessing the role of family level variation and heat shock gene expression in the thermal stress response of the mosquito Aedes aegypti: The geographical range of the mosquito vector for many human disease-causing viruses, Aedes aegypti, is expanding, in part owing to changing climate. The capacity of this species to adapt to thermal stress will affect its future distributions. It is unclear how much heritable genetic variation may affect the upper thermal limits of mosquito populations over the long term. Nor are the genetic pathways that confer thermal tolerance fully understood. In the short term, cells induce a plastic, protective response known as 'heat shock'. Using a physiological 'knockdown' assay, we investigated mosquito thermal tolerance to characterize the genetic architecture of the trait. While families representing the extreme ends of the distribution for knockdown time differed from one another, the trait exhibited low but non-zero broad-sense heritability. We then explored whether families representing thermal performance extremes differed in their heat shock response by measuring gene expression of heat shock protein-encoding genes Hsp26, Hsp83 and Hsp70. Contrary to prediction, the families with higher thermal tolerance demonstrated less Hsp expression. This pattern may indicate that other mechanisms of heat tolerance, rather than heat shock, may underpin the stress response, and the costly production of HSPs may instead signal poor adaptation. This article is part of the theme issue 'Infectious disease ecology and evolution in a changing world'. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Este estudo investigou o efeito de temperaturas de aclimatação e ablação do pedúnculo ocular (EA) na tolerância térmica de juvenis de Penaeus vannamei. Em cada caso, foi avaliada a expressão relativa de genes envolvidos na proteção celular (hsp70 e hsp90), estresse oxidativo (cMnSOD e GPx) e metabolismo anaeróbico (hif1a). Para este propósito, os camarões foram aclimatados a 20, 26 e 32°C por 21 dias. Após a aclimatação, o máximo térmico crítico (CTmax) foi determinado em organismos não ablacionados, ablacionados unilateralmente e bilateralmente. Foi observado um efeito das temperaturas de aclimatação nos valores de CTmax, com camarões aclimatados a 32°C apresentando as maiores taxas. Da mesma forma, a EA resultou em menor tolerância térmica ao CTmax em organismos aclimatados a 20 e 26°C. As respostas protetoras e de reparo celular dos camarões foram evidenciadas pelo aumento da expressão dos genes hsp70 e hsp90 após o CTmax e foram intensificadas pela EA. Em contraste, os resultados mostraram que cMnSOD foi muito sensível ao CTmax, e sua expressão foi intensificada com a EA, enquanto para a GPx, houve um aumento na expressão gênica relativa, principalmente em camarões aclimatados a 20°C. No caso de hif1a, foi observada superexpressão na temperatura de aclimatação de 26°C, mostrando a ativação de mecanismos compensatórios como o metabolismo anaeróbico. A EA causou uma resposta molecular significativa durante o CTmax de biomarcadores moleculares envolvidos na resposta ao estresse térmico, estresse oxidativo e mecanismos compensatórios. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Eyestalk ablation and acclimation temperatures affect juveniles Penaeus vannamei thermo-tolerance: molecular biomarkers of cell protection oxidative stress, and compensatory mechanisms: This study investigated the effect of acclimation temperatures and eyestalk ablation (EA) on the thermal tolerance of juvenile Penaeus vannamei. In each case, the relative expression of genes involved in cell protection (hsp70 and hsp90), oxidative stress (cMnSOD and GPx), and anaerobic metabolism (hif1a) was assessed. For this purpose, shrimp were acclimated to 20, 26, and 32°C for 21 days. After acclimation, the critical thermal maxima (CTmax) was determined in non-eyestalk ablated, unilaterally, and bilaterally eyestalk ablated organisms. An effect of acclimation temperatures on CTmax values was observed, with shrimp acclimated at 32°C having the highest rates. Likewise, EA resulted in lower thermal tolerance to CTmax in organisms acclimated at 20 and 26°C. The shrimp's protective and cellular repair responses were evidenced by increased hsp70 and hsp90 gene expression after CTmax and were intensified by the EA. In contrast, the results showed that cMnSOD was very sensitive to CTmax, and its expression was intensified with EA, while for GPx, there was an increase in the relative gene expression, mainly in shrimp acclimated at 20°C. In the case of hif1a, overexpression was observed at the acclimation temperature of 26°C, showing the activation of compensatory mechanisms such as anaerobic metabolism. EA caused a significant molecular response during CTmax of molecular biomarkers involved in heat stress response, oxidative stress, and compensatory mechanisms. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

INTRODUÇÃO: Temperaturas elevadas podem afetar diretamente a dinâmica populacional de insetos-praga. Muitos estudos experimentais indicaram que altas temperaturas afetam as características biológicas e ecológicas da amplamente distribuída praga agrícola Aphis gossypii, mas os mecanismos moleculares subjacentes à sua resposta ao estresse térmico permanecem não estudados. Aqui, utilizamos análise transcriptômica para explorar os genes-chave e vias metabólicas envolvidas na regulação da termotolerância em A. gossypii a 29 °C, 32 °C e 35 °C. RESULTADOS: Os resultados da análise de bioinformática mostram que poucos genes foram consistentemente diferencialmente expressos entre os tratamentos de temperatura mais alta em comparação com 29 °C, e um aumento moderado de temperatura de 3 °C pode eliciar mudanças na expressão gênica que ajudam A. gossypii a se adaptar a temperaturas mais quentes. Com base na análise de enriquecimento de vias KEGG, descobrimos que genes codificando quatro proteínas de choque térmico 70 (Hsp70s) e nove proteínas catepsina B (CathB) foram significativamente regulados positivamente a 35 °C em comparação com 32 °C. Genes relacionados à produção de glutationa também foram altamente enriquecidos entre 32 °C e 29 °C. O silenciamento de duas Hsp70s (ApHsp70A1–1 e ApHsp68) e duas CathBs (ApCathB01 e ApCathB02) com interferência de RNA usando um sistema de entrega transdérmica de dsRNA baseado em nanocarreador aumentou significativamente a sensibilidade de A. gossypii a altas temperaturas. CONCLUSÃO: A. gossypii é capaz de ajustar finamente sua resposta através de uma faixa de temperaturas, e os genes Hsp70 e CathB são essenciais para a adaptação de A. gossypii a temperaturas mais quentes. © 2023 Society of Chemical Industry. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat shock protein 70 and Cathepsin B genes are involved in the thermal tolerance of Aphis gossypii: BACKGROUND: Elevated temperature can directly affect the insect pest population dynamics. Many experimental studies have indicated that high temperatures affect the biological and ecological characteristics of the widely distributed crop pest Aphis gossypii, but the molecular mechanisms underlying its response to heat stress remain unstudied. Here, we used transcriptomic analysis to explore the key genes and metabolic pathways involved in the regulation of thermotolerance in A. gossypii at 29 °C, 32 °C, and 35 °C. RESULTS: The results of bioinformatics analysis show that few genes were consistently differentially expressed among the higher temperature treatments compared to 29 °C, and a moderate temperature increase of 3 °C can elicit gene expression changes that help A. gossypii adapt to warmer temperatures. Based on KEGG pathway enrichment analysis, we found that genes encoding four heat shock protein 70 s (Hsp70s) and nine cathepsin B (CathB) proteins were significantly upregulated at 35 °C compared with 32 °C. Genes related to glutathione production were also highly enriched between 32 °C and 29 °C. Silencing of two Hsp70s (ApHsp70A1–1 and ApHsp68) and two CathBs (ApCathB01 and ApCathB02) with RNA interference using a nanocarrier-based transdermal dsRNA delivery system significantly increased sensitivity of A. gossypii to high temperatures. CONCLUSION: A. gossypii is able to fine-tune its response across a range of temperatures, and Hsp70 and CathB genes are essential for adaption of A. gossypii to warmer temperatures. © 2023 Society of Chemical Industry. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Frangos saudáveis são necessários para atender à demanda crescente por carne avícola. As aves são submetidas a numerosas condições estressantes sob sistemas de criação comerciais, incluindo variações na temperatura ambiental. No entanto, é difícil combater os efeitos do aquecimento global na indústria pecuária. A alta temperatura ambiental é uma condição estressante que tem efeitos prejudiciais no crescimento e desempenho produtivo, resultando em diminuição do consumo de ração, crescimento retardado, saúde intestinal comprometida, estresse oxidativo aumentado e respostas imunes alteradas. Abordagens tradicionais incluem modificação nutricional e manejo de alojamento para mitigar os efeitos nocivos de ambientes quentes. Atualmente, frangos de corte são mais suscetíveis ao estresse térmico (HS) do que galinhas poedeiras devido à sua alta massa muscular e taxa metabólica. Nesta revisão, exploramos a possibilidade de manipulação in ovo para combater o HS em frangos de corte. Dada sua curta vida útil desde a eclosão até a idade de mercado, a vida embrionária é considerada um dos períodos críticos para alcançar esses objetivos. Embriões de frango podem ser modulados através de tratamento térmico ou nutrição para melhorar a tolerância térmica durante a fase de criação. Primeiro, fornecemos uma breve visão geral dos efeitos prejudiciais do HS na avicultura. Em seguida, foi apresentada uma avaliação aprofundada da alimentação in ovo e manipulação térmica como estratégias emergentes para combater os efeitos negativos do HS. Finalmente, avaliamos uma combinação dos dois métodos usando os dados disponíveis. Em conjunto, essas investigações sugerem que a manipulação embrionária tem potencial para conferir resistência ao calor em frangos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Embryonic modulation through thermal manipulation and in ovo feeding to develop heat tolerance in chickens: Healthy chickens are necessary to meet the ever-increasing demand for poultry meat. Birds are subjected to numerous stressful conditions under commercial rearing systems, including variations in the environmental temperature. However, it is difficult to counter the effects of global warming on the livestock industry. High environmental temperature is a stressful condition that has detrimental effects on growth and production performance, resulting in decreased feed intake, retarded growth, compromised gut health, enhanced oxidative stress, and altered immune responses. Traditional approaches include nutritional modification and housing management to mitigate the harmful effects of hot environments. Currently, broiler chickens are more susceptible to heat stress (HS) than layer chickens because of their high muscle mass and metabolic rate. In this review, we explored the possibility of in ovo manipulation to combat HS in broiler chickens. Given their short lifespan from hatching to market age, embryonic life is thought to be one of the critical periods for achieving these objectives. Chicken embryos can be modulated through either temperature treatment or nourishment to improve thermal tolerance during the rearing phase. We first provided a brief overview of the harmful effects of HS on poultry. An in-depth evaluation was then presented for in ovo feeding and thermal manipulation as emerging strategies to combat the negative effects of HS. Finally, we evaluated a combination of the two methods using the available data. Taken together, these investigations suggest that embryonic manipulation has the potential to confer heat resistance in chickens. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Atualmente, os insetos estão submetidos a estresse térmico sem precedentes devido aos recentes aumentos na frequência e amplitude de extremos de temperatura. Compreender as respostas moleculares ao estresse térmico é criticamente importante para avaliar como as espécies reagem ao estresse térmico. Três espécies cosmopolitas coexistentes são encontradas dentro da guilda de pulgões dos cereais: Sitobion avenae, Ropalosiphum padi e Metopolophium dirhodum. Relatórios anteriores mostraram que o aumento da frequência de extremos de temperatura causa uma mudança nas espécies dominantes dentro das guildas de pulgões dos cereais, alterando diferentemente o crescimento populacional. Nossa hipótese é que uma resposta molecular diferencial ao estresse entre as espécies pode explicar parcialmente essas mudanças. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares bem conhecidas por desempenharem um papel importante na proteção contra os efeitos adversos do estresse térmico. No entanto, poucos estudos sobre chaperonas moleculares foram conduzidos em pulgões dos cereais. Neste estudo, comparamos a tolerância ao calor e ao frio entre três espécies de pulgões medindo o tempo letal mediano (Lt₅₀) e examinamos os perfis de expressão de sete genes hsp após exposições a níveis comparáveis de lesão térmica e também após as mesmas durações de exposição. Os resultados mostraram que R. padi sobreviveu comparativamente melhor em altas temperaturas do que as outras duas espécies, mas foi mais sensível ao frio. Os genes hsp foram induzidos mais fortemente pelo estresse térmico do que pelo estresse de frio. Hsp70A foi o gene mais fortemente regulado positivamente em resposta ao estresse térmico e de frio. R. padi apresentou mais genes induzíveis pelo calor e níveis significativamente mais altos de mRNA de hsp70A, hsp10, hsp60 e hsp90 do que as outras duas espécies. As Hsps deixaram de ser expressas a 37 °C em M. dirhodum e S. avenae, enquanto a expressão foi mantida em R. padi. Em contraste, M. dirhodum foi mais tolerante ao frio e apresentou mais genes induzíveis pelo frio do que os outros. Esses resultados confirmam diferenças espécie-específicas nas respostas moleculares ao estresse e sugerem que diferenças na expressão induzida de hsps podem estar relacionadas à tolerância térmica das espécies, causando assim as mudanças na abundância relativa. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The interspecific variations in molecular responses to various doses of heat and cold stress: The case of cereal aphids: Insects are currently subjected to unprecedented thermal stress due to recent increases in the frequency and amplitude of temperature extremes. Understanding molecular responses to thermal stress is critically important to appreciate how species react to thermal stress. Three co-occurring cosmopolitan species are found within the guild of cereal aphids: Sitobion avenae, Ropalosiphum padi and Metopolophium dirhodum. Earlier reports have shown that increasing frequency of temperature extremes causes a shift in dominant species within guilds of cereal aphids by differently altering the population's growth. We hypothesize that a differential molecular response to stress among species may partially explain these changes. Heat shock proteins (HSPs) are molecular chaperones well known to play an important role in protecting against the adverse effects of thermal stress. However, few studies on molecular chaperones have been conducted in cereal aphids. In this study, we compared the heat and cold tolerance between three aphid species by measuring the median lethal time (Lt<inf>50</inf>) and examined the expression profiles of seven hsp genes after exposures to comparable thermal injury levels and also after same exposure durations. Results showed that R. padi survived comparatively better at high temperatures than the two other species but was more cold-sensitive. Hsp genes were induced more strongly by heat than cold stress. Hsp70A was the most strongly up-regulated gene in response to both heat and cold stress. R. padi had more heat inducible genes and significantly higher mRNA levels of hsp70A, hsp10, hsp60 and hsp90 than the other two species. Hsps ceased to be expressed at 37 °C in M. dirhodum and S. avenae while expression was maintained in R. padi. In contrast, M. dirhodum was more cold tolerant and had more cold inducible genes than the others. These results confirm species-specific differences in molecular stress responses and suggest that differences in induced expression of hsps may be related to species’ thermal tolerance, thus causing the changes in the relative abundance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A mosca do gelo Diamesa steinboecki Goetghebuer, 1933 (Diptera: Chironomidae: Diamesinae) é exclusiva de riachos alimentados por geleiras na região do Leste Paleártico e está ameaçada de extinção devido ao aquecimento global e ao recuo das geleiras. Até o momento, não há dados disponíveis sobre sua tolerância térmica ou capacidade de desenvolver uma resposta ao choque térmico (HSR) ou envolver outros biomarcadores quando exposta a temperaturas superiores às naturais (ou seja, >4–6 °C). Nosso estudo teve como objetivo investigar a resistência ao calor de larvas de IV ínstar de D. steinboecki em termos de (1) capacidade de sobreviver ao choque térmico e (2) expressão gênica de quatro genes conhecidos por estarem envolvidos na resposta de destoxificação/estresse (citocromo p450 (Cyp450), proteína de choque térmico 70 (hsp70), hsp70 com íntron e proteína de choque térmico cognata 70 (hsc70)). As larvas foram expostas a choques de curta duração por 1 h em temperaturas crescentes (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38 e 40 °C) para estimar a temperatura letal, obtendo valores elevados (LT10 = 38,1 °C, LT50 = 39,2 °C, LT99 = 40,3 °C), sugerindo uma forte resistência ao calor até 38 °C e um declínio muito rápido na sobrevivência a partir de então. Além disso, a análise da expressão gênica por PCR em tempo real foi realizada em larvas do controle (a 2 °C) e larvas encontradas vivas após o tratamento anterior a 26, 28, 30, 32, 34, 36 e 38 °C. A modulação da expressão foi observada apenas para os genes hsc70 e hsp70. Especificamente, hsc70 resultou em superexpressão constitutiva, mesmo a 26 °C quando todas as larvas foram encontradas vivas sem evidências de sofrimento. Em contraste, hsp70 mostrou regulação positiva e negativa de acordo com a temperatura específica, sugerindo a ativação de um HSR a 28 °C, quando algumas larvas foram encontradas vivas, mas sofrendo (quase paralisadas). Os resultados sugerem que, com base nas LTs, D. steinboecki é mais termotolerante do que outras espécies de Diamesa (por exemplo, D. tonsa) de águas doces frias, mas, como nestas, hsp70 e hsc70 estão envolvidos na sobrevivência ao choque térmico de curta duração. Isso torna a mosca do gelo dos Alpes diferente de Belgica antarctica e outros organismos adaptados ao frio que vivem em habitats extremamente frios que, constantemente expostos ao frio, perderam a capacidade de desenvolver um HSR. Mais pesquisas são necessárias para investigar a resposta à exposição prolongada a temperaturas superiores à natural, fornecendo novos insights sobre a resposta biológica às mudanças climáticas de espécies alpinas ameaçadas de extinção. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Impact of Global Warming on Kryal Fauna: Thermal Tolerance Response of Diamesa steinboecki (Goetghebuer, 1933; Chironomidae): The ice fly Diamesa steinboecki Goetghebuer, 1933 (Diptera: Chironomidae: Diamesinae) is exclusive to glacier-fed streams in the East Palaearctic region and is threatened by extinction due to global warming and glacier retreat. To date, no data are available on its thermal tolerance or ability to develop a heat shock response (HSR) or involve other biomarkers when exposed to higher-than-natural temperatures (i.e., >4–6 °C). Our study aimed to investigate the warmth resistance of IV-instar larvae of D. steinboecki in terms of (1) ability to survive heat shock and (2) gene expression of four genes known to be involved in the detoxification/stress response (cytochrome p450 (Cyp450), heat shock protein 70 (hsp70), hsp70 with intron and heat shock protein cognate 70 (hsc70)). Larvae were exposed to short-term shocks for 1 h at increasing temperatures (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, and 40 °C) to estimate the lethal temperature, obtaining high values (LT10 = 38.1 °C, LT50 = 39.2 °C, LT99 = 40.3 °C), suggesting a strong heat resistance up to 38 °C and a very rapid decline in survival thereafter. Moreover, gene expression analysis by real-time PCR was performed on larvae from the control (at 2 °C) and larvae found alive after the previous treatment at 26, 28, 30, 32, 34, 36, and 38 °C. Modulation of the expression was observed only for hsc70 and hsp70 genes. Specifically, hsc70 resulted in constitutive overexpression, even at 26 °C when all larvae were found alive without evidence of suffering. By contrast, hsp70 showed up and downregulation according to the specific temperature, suggesting the activation of an HSR at 28 °C, when some larvae were found alive but suffering (almost paralyzed). The results suggest that, based on LTs, D. steinboecki is more thermally tolerant than other Diamesa species (e.g., D. tonsa) from cold freshwaters, but, as in these, hsp70 and hsc70 are involved in surviving short-term heat shock. This makes the ice fly from the Alps different from Belgica antarctica and other cold-adapted organisms living in extremely cold habitats that, constantly exposed to cold, have lost the ability to develop an HSR. Further research is needed to investigate the response to prolonged exposure to temperatures higher that the natural one, giving new insights into the biological response to climate change of alpine species threatened by extinction. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Devido às altas taxas de incidência e mortalidade do câncer, é necessário buscar métodos de tratamento mais direcionados e eficazes. Os métodos tradicionais de tratamento do câncer apresentam problemas como tratamento incompleto e efeitos colaterais significativos. Nos últimos anos, a terapia fototérmica (PTT) tem sido considerada um dos métodos de tratamento mais promissores na área biomédica. O princípio de tratamento da PTT é usar materiais com alta eficiência de conversão fototérmica para absorver luz infravermelha próxima (NIR) e gerar calor para ablacionar tumores. A PTT tem as vantagens de baixa toxicidade, não invasividade, alta especificidade e elevada controlabilidade. Entretanto, o mecanismo de autoproteção relacionado às proteínas de choque térmico (HSPs) confere tolerância térmica às células cancerígenas. Para minimizar a tolerância térmica das células cancerígenas e melhorar a eficácia da PTT, foi desenvolvida uma nanoestrutura composta por Pluronic F-127 encapsulando o inibidor de HSP APO e o fotossensibilizador de alta eficiência de conversão fototérmica Cy7-TCF. A nanoestrutura pode se acumular no local do tumor e gerar calor sob irradiação de luz infravermelha próxima. Ao mesmo tempo, inibe a expressão de proteínas de choque térmico, alcançando o efeito de terapia fototérmica suave e reduzindo o dano térmico aos tecidos circundantes. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Construction of nano-assembly for mild photothermal therapy of tumors: Due to the high incidence and mortality rates of cancer, it is necessary to seek more targeted and effective treatment methods. Traditional cancer treatment methods have problems such as incomplete treatment and significant side effects. In recent years, photothermal therapy (PTT) has been considered one of the most promising treatment methods in the biomedical field. The treatment principle of PTT is to use materials with high photothermal conversion efficiency to absorb near-infrared light (NIR) and generate heat to ablate tumors. PTT has the advantages of low toxicity, non-invasiveness, strong specificity, and high controllability. However, the self-protective mechanism related to heat shock proteins (HSPs) gives cancer cells thermal tolerance. To minimize the thermal tolerance of cancer cells and improve the efficacy of PTT, a nano-assembly composed of Pluronic F-127 encapsulating the HSP inhibitor APO and the high photothermal conversion efficiency photosensitizer Cy7-TCF has been developed. The nano-assembly can accumulate at the tumor site and generate heat under near-infrared light irradiation. At the same time, it inhibits the expression of heat shock proteins, achieving the effect of mild photothermal therapy and reducing thermal damage to surrounding tissues. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A venlafaxina (VFX), um antidepressivo comumente prescrito frequentemente detectado em efluentes de águas residuais, e os aumentos agudos de temperatura decorrentes das mudanças climáticas e da urbanização crescente, são dois estressores ambientais que atualmente colocam os ecossistemas de água doce em risco. Este estudo focou em compreender se a exposição à VFX impacta a temperatura de agitação (T<inf>ag</inf>) e o máximo térmico crítico (CT<inf>max</inf>) de zebrafish (Danio rerio). Adicionalmente, examinamos os efeitos interativos da VFX e do estresse térmico agudo nas respostas de choque térmico e imunológicas inflamatórias em zebrafish. Foi conduzido um experimento de exposição de 96 h a 1,0 μg/L de VFX, seguido da avaliação da tolerância térmica via desafio de CT<inf>max</inf>. Proteínas de choque térmico e citocinas imunes pró-inflamatórias foram quantificadas através de análise de expressão gênica por PCR quantitativo (qPCR) em hsp 70, hsp 90, hsp 47, il-8, tnfα e il-1β nos tecidos branquial e hepático. Não foram observadas mudanças significativas na temperatura de agitação entre peixes controle e expostos, nem houve diferenças no CT<inf>max</inf> baseadas no tratamento. Como esperado, hsp 47, 70 e 90 foram todas reguladas positivamente em grupos expostos apenas ao CT<inf>max</inf>, enquanto apenas hsp 47 no tecido branquial mostrou sinais de efeitos interativos, que foi significativamente diminuída em peixes expostos tanto à VFX quanto ao CT<inf>max</inf>. Não ocorreu indução de uma resposta inflamatória. Este estudo demonstrou que concentrações ambientalmente relevantes de VFX não têm impacto no desempenho da tolerância térmica em zebrafish. No entanto, a VFX pode causar diminuição da função dos mecanismos protetores de choque térmico, o que poderia ser prejudicial para populações de peixes de água doce e ecossistemas aquáticos à medida que os picos de temperatura se tornam mais frequentes devido às mudanças climáticas e à urbanização próxima a bacias hidrográficas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Interactive effects of venlafaxine and thermal stress on zebrafish (Danio rerio) inflammatory and heat shock responses: Venlafaxine (VFX), a commonly prescribed antidepressant often detected in wastewater effluent, and acute temperature elevations from climate change and increased urbanization, are two environmental stressors currently placing freshwater ecosystems at risk. This study focused on understanding if exposure to VFX impacts the agitation temperature (T<inf>ag</inf>) and critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) of zebrafish (Danio rerio). Additionally, we examined the interactive effects of VFX and acute thermal stress on zebrafish heat shock and inflammatory immune responses. A 96 h 1.0 μg/L VFX exposure experiment was conducted, followed by assessment of thermal tolerance via CT<inf>max</inf> challenge. Heat shock proteins and pro-inflammatory immune cytokines were quantified through gene expression analysis by quantitative PCR (qPCR) on hsp 70, hsp 90, hsp 47, il-8, tnfα, and il-1β within gill and liver tissue. No significant changes in agitation temperature between control and exposed fish were observed, nor were there any differences in CT<inf>max</inf> based on treatment. Unsurprisingly, hsp 47, 70, and 90 were all upregulated in groups exposed solely to CT<inf>max</inf>, while only hsp 47 within gill tissue showed signs of interactive effects, which was significantly decreased in fish exposed to both VFX and CT<inf>max</inf>. No induction of an inflammatory response occurred. This study demonstrated that environmentally relevant concentrations of VFX have no impact on thermal tolerance performance in zebrafish. However, VFX can cause diminished function of protective heat shock mechanisms, which could be detrimental to freshwater fish populations and aquatic ecosystems as temperature spikes become more frequent from climate change and urbanization near watersheds. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A recente descoberta de espécies de Nitrospira capazes de oxidação completa de amônia (comammox) em ecossistemas naturais não marinhos e sistemas projetados sob condições mesotérmicas mudou nossa compreensão da nitrificação microbiana. No entanto, pouco se sabe sobre a ocorrência de bactérias comammox ou sua capacidade de sobreviver em habitats moderadamente térmicos e/ou hipertérmicos. Aqui, relatamos a ampla distribuição de Nitrospira comammox em cinco fontes termais terrestres em temperaturas variando de 36 a 80°C e fornecemos genomas montados a partir de metagenomas de 11 novas linhagens comammox. Curiosamente, a identificação de redução dissimilatória de nitrato a amônio (DNRA) em linhagens termofílicas de Nitrospira comammox sugere que elas possuem funções ecológicas versáteis como tanto sumidouros quanto fontes de amônia, em contraste com as linhagens mesofílicas de comammox descritas, que carecem da via DNRA. Além disso, a expressão in situ de genes-chave associados ao metabolismo do nitrogênio, adaptação térmica e estresse oxidativo confirmou sua capacidade de sobreviver nas fontes termais estudadas e sua contribuição para a nitrificação nesses ambientes. Adicionalmente, o menor tamanho do genoma e maior conteúdo de GC, aminoácidos menos polares e mais carregados nos perfis de uso, e a expressão de um grande número de proteínas de choque térmico em comparação com linhagens mesofílicas de comammox presumivelmente conferem tolerância ao estresse térmico. Essas novas percepções sobre a ocorrência, atividade metabólica e adaptação de Nitrospira comammox em habitats térmicos expandem ainda mais nossa compreensão da distribuição global de Nitrospira comammox e têm implicações significativas para como esses microrganismos únicos evoluíram estratégias de tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Hot spring distribution and survival mechanisms of thermophilic comammox Nitrospira: The recent discovery of Nitrospira species capable of complete ammonia oxidation (comammox) in non-marine natural and engineered ecosystems under mesothermal conditions has changed our understanding of microbial nitrification. However, little is known about the occurrence of comammox bacteria or their ability to survive in moderately thermal and/or hyperthermal habitats. Here, we report the wide distribution of comammox Nitrospira in five terrestrial hot springs at temperatures ranging from 36 to 80°C and provide metagenome-assembled genomes of 11 new comammox strains. Interestingly, the identification of dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) in thermophilic comammox Nitrospira lineages suggests that they have versatile ecological functions as both sinks and sources of ammonia, in contrast to the described mesophilic comammox lineages, which lack the DNRA pathway. Furthermore, the in situ expression of key genes associated with nitrogen metabolism, thermal adaptation, and oxidative stress confirmed their ability to survive in the studied hot springs and their contribution to nitrification in these environments. Additionally, the smaller genome size and higher GC content, less polar and more charged amino acids in usage profiles, and the expression of a large number of heat shock proteins compared to mesophilic comammox strains presumably confer tolerance to thermal stress. These novel insights into the occurrence, metabolic activity, and adaptation of comammox Nitrospira in thermal habitats further expand our understanding of the global distribution of comammox Nitrospira and have significant implications for how these unique microorganisms have evolved thermal tolerance strategies. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Temperaturas da água mais elevadas e patógenos são ambos fatores significativos que afetam negativamente o bem-estar de peixes teleósteos. Na aquicultura, comparado a populações naturais, esses problemas são especialmente exacerbados, pois os animais têm mobilidade relativamente limitada e a maior densidade promove disseminação mais rápida de doenças infecciosas. Devido ao dano potencial que esses estressores podem infligir, métodos que possam limitar os danos desses estressores são particularmente valiosos. Como método de interesse, o pré-condicionamento térmico precoce de animais demonstrou algum potencial para melhorias efetivas na termotolerância. Entretanto, os efeitos potenciais do método no sistema imunológico via o modelo de estresse térmico não foram explorados. Neste experimento, trutas arco-íris (Oncorhynchus mykiss) pré-condicionadas termicamente na fase juvenil foram submetidas a um segundo desafio térmico, os animais foram coletados e amostrados no momento da perda de equilíbrio. Os efeitos do pré-condicionamento na resposta geral ao estresse foram avaliados medindo os níveis de cortisol plasmático. Além disso, também examinamos os níveis de mRNA de hsp70 e hsc70 nos tecidos do baço e brânquias, bem como os transcritos de IL-1β, IL-6, TNF-α, IFN-1, β2m e classe MH I via qRT-PCR. Nenhuma alteração na CTmax foi observada entre as coortes pré-condicionadas e controle durante o segundo desafio. Os transcritos de IL-1β e IL-6 foram geralmente regulados para cima com o aumento da temperatura do segundo desafio térmico, enquanto os transcritos de IFN-1 foram regulados para cima no baço, mas regulados para baixo nas brânquias, juntamente com a classe MH I. O pré-condicionamento térmico juvenil produziu uma série de mudanças nos níveis de transcritos para IL-1β, TNF-α, IFN-1 e hsp70, mas a dinâmica dessas diferenças foi inconsistente. Finalmente, a análise dos níveis de cortisol plasmático apresentou níveis significativamente mais baixos de cortisol nos animais pré-condicionados em comparação com a coorte controle não pré-condicionada. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of juvenile thermal preconditioning on the heat-shock, immune, and stress responses of rainbow trout upon a secondary thermal challenge: Higher water temperatures and pathogens are both significant factors that negatively affect the welfare of teleost fish. In aquaculture, compared to natural populations, these problems are especially exacerbated, as the animals have relatively limited mobility, and the higher density promotes faster spread of infectious diseases. Because of the potential harm these stressors can inflict, methods that can limit the damage of these stressors are particularly valuable. As a method of interest, early-life thermal preconditioning of animals demonstrated some potential for effective improvements in thermotolerance. However, the potential effects of the method on the immune system via the heat-stress model have not been explored. In this experiment, juvenile-stage thermal preconditioned rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) were subjected to a secondary thermal challenge, animals were collected and sampled at the time of lost equilibrium. The effects of preconditioning on the general stress response was assessed by measuring the plasma cortisol levels. In addition, we also examined hsp70 and hsc70 mRNA levels in the spleen and gill tissues, as well as IL-1β, IL-6, TNF-α, IFN-1, β2m, and MH class I transcripts via qRT-PCR. No changes in CTmax were observed between the preconditioned and control cohorts upon the second challenge. IL-1β and IL-6 transcripts were generally upregulated with increased temperature of the secondary thermal challenge, whereas IFN-1 transcripts were upregulated in the spleen, but downregulated in the gills, along with MH class I. The juvenile thermal preconditioning produced a series of changes in transcript levels for IL-1β, TNF-α, IFN-1, and hsp70 but the dynamics of these differences were inconsistent. Finally, analysis of plasma cortisol levels presented significantly lower cortisol levels in the pre-conditioned animals compared to the non-pre-conditioned control cohort. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os artrópodes terrestres no Ártico são expostos a temperaturas altamente variáveis que frequentemente atingem extremos frios e quentes. No entanto, os estudos ecofisiológicos sobre insetos árticos normalmente se concentram na capacidade das espécies de tolerar baixas temperaturas, enquanto estudos que investigam adaptações fisiológicas das espécies a temperaturas periodicamente quentes e variáveis são escassos. Neste estudo, investigamos mudanças temporais nas tolerâncias térmicas e no transcriptoma do percevejo-da-Groenlândia Nysius groenlandicus, coletado no campo em diferentes momentos e temperaturas no sul da Groenlândia. Descobrimos que mudanças plásticas nas tolerâncias ao calor e ao frio ocorreram rapidamente (dentro de horas) e em escala diária no campo, e que essas mudanças estão correlacionadas com a variação térmica diurna. Usando sequenciamento de RNA, fornecemos bases moleculares dos ajustes rápidos na tolerância térmica através de temperaturas ambientes do campo e em laboratório. Mostramos que as respostas transcricionais são sensíveis a mudanças diárias de temperatura, e dias caracterizados por alta variação de temperatura induziram padrões de expressão marcadamente diferentes dos dias termicamente estáveis. Além disso, genes associados com respostas ao calor induzidas em laboratório, incluindo expressão de proteínas de choque térmico e vitelogeninas, foram compartilhados entre experimentos de laboratório e campo, mas induzidos em momentos associados com temperaturas mais baixas no campo. Respostas ao estresse por frio não se manifestaram no nível transcriptômico. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Temporal regulation of temperature tolerances and gene expression in an arctic insect: Terrestrial arthropods in the Arctic are exposed to highly variable temperatures that frequently reach cold and warm extremes. Yet, ecophysiological studies on arctic insects typically focus on the ability of species to tolerate low temperatures, whereas studies investigating physiological adaptations of species to periodically warm and variable temperatures are few. In this study, we investigated temporal changes in thermal tolerances and the transcriptome in the Greenlandic seed bug Nysius groenlandicus, collected in the field across different times and temperatures in Southern Greenland. We found that plastic changes in heat and cold tolerances occurred rapidly (within hours) and at a daily scale in the field, and that these changes are correlated with diurnal temperature variation. Using RNA sequencing, we provide molecular underpinnings of the rapid adjustments in thermal tolerance across ambient field temperatures and in the laboratory. We show that transcriptional responses are sensitive to daily temperature changes, and days characterized by high temperature variation induced markedly different expression patterns than thermally stable days. Further, genes associated with laboratory-induced heat responses, including expression of heat shock proteins and vitellogenins, were shared across laboratory and field experiments, but induced at time points associated with lower temperatures in the field. Cold stress responses were not manifested at the transcriptomic level. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Peixes de água doce como o esturjão branco (Acipenser transmontanus) são particularmente vulneráveis aos efeitos do aquecimento global induzido antropogenicamente. Testes de máximo térmico crítico (CTmax) são frequentemente conduzidos para fornecer insights sobre os impactos das temperaturas em mudança; no entanto, pouco se sabe sobre como a taxa de aumento de temperatura nestes ensaios afeta a tolerância térmica. Para avaliar o efeito da taxa de aquecimento (0,3 °C/min, 0,03 °C/min, 0,003 °C/min) medimos a tolerância térmica, índices somáticos e expressão de mRNA de Hsp nas brânquias. Contrariamente ao que foi observado na maioria das outras espécies de peixes, a tolerância térmica do esturjão branco foi maior na taxa de aquecimento mais lenta de 0,003 °C/min (34,2 °C, e CTmax de 31,3 e 29,2 °C, para as taxas de 0,03 e 0,3 °C/min, respectivamente) sugerindo uma capacidade de aclimatação rápida a temperaturas que aumentam lentamente. O índice hepatossomático diminuiu em todas as taxas de aquecimento em relação aos peixes controle, indicativo dos custos metabólicos do estresse térmico. No nível transcricional, taxas de aquecimento mais lentas resultaram em maior expressão de mRNA de Hsp90a, Hsp90b e Hsp70 nas brânquias. A expressão de mRNA de Hsp70 aumentou em todas as taxas de aquecimento em relação aos controles, enquanto a expressão de mRNA de Hsp90a e Hsp90b aumentou apenas nos dois ensaios mais lentos. Juntos, estes dados indicam que o esturjão branco tem uma resposta térmica muito plástica, que provavelmente é energeticamente custosa para induzir. Mudanças agudas de temperatura podem ser mais prejudiciais para o esturjão, pois eles lutam para se aclimatar a mudanças rápidas em seu ambiente, no entanto, sob taxas de aquecimento mais lentas, eles demonstram forte plasticidade térmica ao aquecimento. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Slow heating rates increase thermal tolerance and alter mRNA HSP expression in juvenile white sturgeon (Acipenser transmontanus): Freshwater fish such as white sturgeon (Acipenser transmontanus) are particularly vulnerable to the effects of anthropogenically induced global warming. Critical thermal maximum tests (CT<inf>max</inf>) are often conducted to provide insight into the impacts of changing temperatures; however, little is known about how the rate of temperature increase in these assays affects thermal tolerance. To assess the effect of heating rate (0.3 °C/min, 0.03 °C/min, 0.003 °C/min) we measured thermal tolerance, somatic indices, and gill Hsp mRNA expression. Contrary to what has been observed in most other fish species, white sturgeon thermal tolerance was highest at the slowest heating rate of 0.003 °C/min (34.2 °C, and CTmax of 31.3 and 29.2 °C, for rates 0.03 and 0.3 °C/min, respectively) suggesting an ability to rapidly acclimate to slowly increasing temperatures. Hepatosomatic index decreased in all heating rates relative to control fish, indicative of the metabolic costs of thermal stress. At the transcriptional level, slower heating rates resulted in higher gill mRNA expression of Hsp90a, Hsp90b, and Hsp70. Hsp70 mRNA expression was increased in all heating rates relative to controls, whereas expression of Hsp90a and Hsp90b mRNA only increased in the two slower trials. Together these data indicate that white sturgeon have a very plastic thermal response, which is likely energetically costly to induce. Acute temperature changes may be more detrimental to sturgeon as they struggle to acclimate to rapid changes in their environment, however under slower warming rates they demonstrate strong thermal plasticity to warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: O golpe de calor por exercício (GCE) é uma emergência com alta taxa de mortalidade, caracterizada por disfunções do sistema nervoso central. Este estudo visa estabelecer um modelo de aclimatação/aclimatização ao calor (AC) em ratos em locomoção para recapitular o estado físico de humanos em ambiente severo de alta temperatura e umidade, e investigar o mecanismo de proteção do organismo na AC. (2) Métodos: Ratos Wistar foram expostos a 36 °C e correram 2 h/dia por 21 dias, teste de tolerância térmica adquirida foi conduzido para avaliar a termotolerância e capacidade de exercício. Temperatura central e consumo de água e alimento foram observados. Expressão de HSP70 e HSP90 de diferentes tecidos foi determinada por WB. Estrutura patológica do tecido cerebral foi detectada com coloração HE. Proteômica foi usada para identificar as proteínas diferencialmente expressas no córtex cerebral de diferentes grupos. E moléculas-chave foram identificadas por RT-PCR e WB. (3) Resultados: Ratos AC exibiram maior termotolerância e capacidade de exercício no teste de tolerância térmica adquirida. Conteúdo de água cerebral do grupo AC + GCE reduziu comparado com o grupo GCE. Coloração HE revelou lesões cerebrais mais leves do grupo AC + GCE do que do GCE. Proteômica focou em vias relacionadas à morte celular e molécula-chave Aquaporina 4 (AQP4) relacionada ao edema celular. Resultados de identificação mostraram que AC aumentou AQP4, Bcl-xl, razão de p-Akt/AKT e Bcl-xl/Bax, regulou negativamente Caspase-3 clivada. (4) Conclusões: Este modelo de AC pode amenizar lesão cerebral do GCE reduzindo edema cerebral e apoptose celular, oferecendo evidência experimental para profilaxia do GCE. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acquired heat acclimation in rats subjected to physical exercise under environmental heat stress alleviates brain injury caused by exertional heat stroke: Background: Exertional heatstroke (EHS) is an emergency with a high mortality rate, characterized by central nervous system dysfunctions. This study aims to establish a Heat acclimation/acclimatization (HA) rat model in locomotion to recapitulate the physical state of human in severe environment of high temperature and humidity, and investigate the mechanism of organism protection in HA. (2) Methods: Wistar rats were exposed to 36 °C and ran 2 h/d for 21 days, acquired thermal tolerance test was conducted to assess the thermotolerance and exercise ability. Core temperature and consumption of water and food were observed. Expression of HSP70 and HSP90 of different tissues were determined by WB. Pathological structure of brain tissue was detected with HE staining. Proteomics was used to identify the differently expressed proteins in cerebral cortex of different groups. And key molecules were identified by RT-PCR and WB. (3) Results: HA rats displayed stronger thermotolerance and exercised ability on acquired thermal tolerance test. Brain water content of HA + EHS group reduced compared with EHS group. HE staining revealed slighter brain injuries of HA + EHS group than that of EHS. Proteomics focused on cell death-related pathways and key molecules Aquaporin 4 (AQP4) related to cell edema. Identification results showed HA increased AQP4, Bcl-xl, ratio of p-Akt/AKT and Bcl-xl/Bax, down-regulated Cleaved Caspase-3. (4) Conclusions: This HA model can ameliorate brain injury of EHS by reducing cerebral edema and cell apoptosis, offering experimental evidence for EHS prophylaxis. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O principal objetivo do presente estudo foi avaliar a influência da exposição térmica na população de Vibrio e na expressão de genes HSP (HSP90, HSP70 e HSP20) na ostra-pérola radiada (P. radiata). Para este fim, as ostras foram cultivadas por 30 dias nas temperaturas de 22 °C (controle), 25 °C, 27 °C e 29 °C. Os resultados mostraram que cinco cepas dominantes de Vibrio foram identificadas, incluindo Vibrio hepatarius, V. harveyi, V. alginolyticus, V. parahaemolyticus e V. rotiferianus. A maior população de V. parahaemolyticus, V. alginolyticus e V. harveyi foi encontrada no grupo de 29 °C. De acordo com PCR em tempo real, o manto exibiu os maiores níveis de expressão dos genes HSP20, HSP70 e HSP90. Um nível mais alto de expressão de HSP20 foi observado em altas temperaturas (25 °C, 27 °C e 29 °C) na gônada e no manto em comparação com o grupo controle (22 °C), enquanto uma diminuição no nível de expressão de HSP90 foi registrada nos grupos de 25 °C, 27 °C e 29 °C. O nível de expressão de HSP20 no músculo adutor foi notavelmente reduzido nos grupos de 27 °C e 29 °C. Neste tecido, HSP70 foi detectado em níveis mais altos no grupo de 29 °C. No manto, a expressão do gene HSP90 foi mais baixa na temperatura da água de 22 °C. Várias cepas de Vibrio foram identificadas na ostra do Golfo Pérsico que não haviam sido relatadas anteriormente. A identificação de espécies dominantes de Vibrio é essencial para estratégias de manejo epidemiológico para controlar e prevenir surtos de Vibrio em fazendas de ostras-pérola. O padrão de expressão dos genes HSP difere nos tecidos da ostra-pérola radiada devido às diferenças em sua capacidade de tolerância térmica e características fisiológicas e biológicas. O presente estudo fornece informações moleculares úteis para a adaptação ecológica de ostras-pérola radiadas após exposição a diferentes níveis de temperatura. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The first reporting of prevalence Vibrio species and expression of HSP genes in rayed pearl oyster (Pinctada radiata) under thermal conditions: The main goal of the present study was to evaluate the influence of thermal exposure on Vibrio population and HSP genes expression (HSP 90, HSP70, and HSP20) in rayed pearl oyster (P. radiata). To this end, the oysters were reared for 30 days at temperatures of 22 °C (control), 25 °C, 27 °C, and 29 °C. The results showed that five dominate Vibrio strains including Vibrio hepatarius, V. harveyi, V. alginolyticus, V. parahaemolyticus, and V. rotiferianus were identified. The highest population of V. parahaemolyticus, V. alginolyticus, and V. harveyi, was found in 29οC group. According to real-time PCR, mantle exhibited the highest expression levels of HSP20, HSP70, and HSP90 genes. A higher level of HSP20 expression was observed at high temperatures (25 °C, 27 °C, and 29 °C) in the gonad and mantle compared to the control group (22 °C) while decrease in HSP90 expression level was recorded in 25 °C, 27 °C, and 29 °C groups. HSP20 expression level in adductor muscle was remarkably down-regulated in 27 °C and 29 °C groups. In this tissue, HSP70 was detected at highest levels in the 29οC group. In mantle, HSP90 gene expression was lowest at 22 °C water temperature. Several Vibrio strains have been identified from pearl Gulf oyster that haven't been previously reported. The identification of dominant Vibrio species is essential for epidemiological management strategies to control and prevent Vibrio outbreaks in pearl oyster farms. The expression pattern of HSP genes differs in rayed pearl oyster tissues due to differences in their thermal tolerance capability and physiological and biological characteristics. The present study provides useful molecular information for the ecological adaptation of rayed pearl oysters after exposure to different temperature levels. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Planalto do Tibete está passando por uma transição úmida e quente, o que poderia afetar a sobrevivência dos peixes nativos. No entanto, a tolerância e resposta fisiológica ao estresse térmico é raramente estudada em Gymnocypris przewalskii, um peixe nativo raro no planalto tibetano. Neste estudo, primeiro detectamos a tolerância térmica de cinco grupos de G. przewalskii de seis meses aclimatados a 8, 12, 16, 20 e 24 °C por duas semanas, respectivamente, pela metodologia térmica crítica. Então, através do desafio térmico, detectamos os metabólitos, atividades de enzimas-chave e expressões gênicas envolvidas no metabolismo e antioxidantes no hepatopâncreas quando as temperaturas aumentaram de 16 °C para 18, 20, 22, 24, 26 e 28 °C por 12 h, respectivamente. Os resultados mostraram que embora os peixes sejam sensíveis a altas temperaturas, a aclimatação rápida em temperaturas moderadamente altas poderia melhorar significativamente a tolerância ao estresse térmico agudo em juvenis de G. przewalskii. Durante o estudo do desafio térmico, a glicose sanguínea aumentou significativamente no estresse térmico (P < 0,05). Ao mesmo tempo, colesterol total (TC), triglicerídeos (TG) e ácidos graxos livres (FFA) diminuíram significativamente quando a temperatura subiu continuamente para 20 °C. As atividades das enzimas metabólicas carnitina palmitoil transferase I (CPT-Ⅰ), acetil-CoA carboxilase (ACC) e sintase de ácidos graxos (FAS) diminuíram significativamente a 20 °C (P < 0,05). Superóxido dismutase (SOD) e capacidade antioxidante (T-AOC) aumentaram significativamente a 20 °C (P < 0,05). Os níveis transcricionais relativos de genes envolvidos na antioxidante e glicólise/gliconeogênese foram marcadamente maiores que o controle a 20–26 °C (P < 0,05). Os genes envolvidos na biossíntese ou metabolismo de ácidos graxos mostraram diferentes padrões de expressão sob estresse térmico. Proteína de choque térmico 70 (Hsp70) e Hsp90 foram significativamente maiores que o controle a 18 °C e 26 °C, respectivamente. Estes resultados confirmaram a previsão de que G. przewalskii é sensível a altas temperaturas, portanto esforços de conservação devem prestar mais atenção aos danos do aquecimento. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Fatty acid metabolism and antioxidant capacity in Gymnocypris przewalskii (Kessler, 1876) response to thermal stress: The Qinghai-Tibet Plateau is undergoing a wet-warming transition, which could affect the survival of the native fish. However, the tolerance and physiological response to thermal stress is rarely studied in Gymnocypris przewalskii, a rare native fish in the Tibetan plateau. In this study, first, we detected the thermal tolerance of five groups of six-month G. przewalskii which acclimated at 8, 12, 16, 20, and 24 °C for two weeks, respectively, by critical thermal methodology. Then, through heat challenge, we detected the metabolites, key enzyme activities, and gene expressions involved in metabolism and antioxidant in the hepatopancreas when the temperatures increased from 16 °C to 18, 20, 22, 24, 26, and 28 °C for 12 h, respectively. The results showed that although the fish are sensitive to high temperatures, the quick acclimation at mild high temperatures could significantly improve the tolerance to acute high-temperature stress in juvenile G. przewalskii. During the heat challenge study, blood glucose significantly increased at heat stress (P < 0.05). At the same time, total cholesterol (TC), triglyceride (TG), and free fatty acid (FFA) significantly decreased when the temperature rose continuously to 20 °C. Metabolic enzyme activities of carnitine palmityl transferase I (CPT-Ⅰ), acetyl-CoA carboxylase (ACC), and fatty acid synthase (FAS) significantly decreased at 20 °C (P < 0.05). Superoxide dismutase (SOD) and antioxidant capacity (T-AOC) significantly increased at 20 °C (P < 0.05). The relative transcript levels of genes involved in antioxidant and glycolysis/gluconeogenesis were markedly higher than the control at 20–26 °C (P < 0.05). The genes involved in fatty acid biosynthesis or metabolism showed different expression patterns under heat stress. Heat shock protein 70 (Hsp70) and Hsp90 were significantly higher than the control at 18 °C and 26 °C, respectively. These results confirmed the prediction that G. przewalskii is sensitive to high temperatures, so conservation efforts should pay more attention to the warming damage. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O Robalo Listrado é um peixe migratório de importância econômica, que ocorre em uma ampla faixa de latitudes. Dada sua natureza de ampla distribuição, o Robalo Listrado pode lidar com uma vasta gama de temperaturas ambientais, porém os mecanismos subjacentes a essa capacidade não foram completamente descritos. As proteínas de choque térmico (HSPs) são chaperonas moleculares induzíveis, que ajudam a mitigar danos proteicos resultantes do aumento de temperatura. A importância das HSPs foi demonstrada em várias espécies de peixes, mas seu papel no Robalo Listrado é pouco compreendido. Este estudo caracteriza mudanças na expressão gênica em Robalos Listrados juvenis, após mudanças de temperatura agudas e crônicas. Os peixes foram aclimatados a uma de três temperaturas (15, 25 ou 30°C) e amostrados em um de dois tratamentos (controle ou após CT<inf>max</inf>), após o que avaliamos a expressão gênica diferencial e a ontologia gênica no músculo. Está claro a partir de nossas análises de expressão diferencial que a aclimatação a temperaturas quentes elicia mudanças mais robustas na expressão gênica, comparado a aumentos agudos de temperatura. Nossas análises de expressão diferencial também revelaram a indução de várias proteínas de choque térmico diferentes, incluindo hsp70, hsp90, hsp40 e outras HSPs pequenas, após aumento de temperatura tanto agudo quanto crônico no músculo branco. Além disso, o padrão de ontologia gênica mais consistente que emergiu após tanto a aclimatação quanto o CT<inf>max</inf> foi a regulação positiva de transcritos envolvidos em "dobramento proteico", que também inclui proteínas de choque térmico. Análises de ontologia gênica também sugerem mudanças em outros processos após aclimatação, incluindo diminuição de vias de crescimento e mudanças na metilação do DNA. No geral, estes dados sugerem que as HSPs provavelmente desempenham um papel importante na capacidade do Robalo Listrado de tolerar águas quentes. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic analyses of juvenile Striped Bass (Morone saxatilis) exposed to chronic and acute temperature change: Striped Bass are economically important, migratory fishes, which occur across a wide range of latitudes. Given their wide-ranging nature, Striped Bass can cope with a broad range of environmental temperatures, yet the mechanisms underlying this ability have not been thoroughly described. Heat shock proteins (HSPs) are inducible molecular chaperones, which help mitigate protein damage resulting from increased temperatures. The importance of HSPs has been demonstrated in a number of fish species, but their role in Striped Bass is poorly understood. This study characterizes changes in gene expression in juvenile Striped Bass, following acute and chronic temperature change. Fish were acclimated to one of three temperatures (15, 25 or 30◦C) and sampled at one of two treatments (control or after CT<inf>max</inf>), following which we assessed differential gene expression and gene ontology in muscle. It is clear from our differential expression analyses that acclimation to warm temperatures elicits more robust changes to gene expression, compared to acute temperature increases. Our differential expression analyses also revealed induction of many different heat shock proteins, including hsp70, hsp90, hsp40 and other small HSPs, after both acute and chronic temperature increase in white muscle. Furthermore, the most consistent gene ontology pattern that emerged following both acclimation and CT<inf>max</inf> was upregulation of transcripts involved in “protein folding”, which also include heat shock proteins. Gene ontology analyses also suggest changes to other processes after acclimation, including decreased growth pathways and changes to DNA methylation. Overall, these data suggest that HSPs likely play a major role in the Striped Bass’s ability to tolerate warm waters. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As lapas ajudam a manter espaços descobertos e atuam como espécies sentinelas do estresse térmico em ecossistemas recifais do entremarés. No entanto, pouco se sabe sobre as respostas fisiológicas das lapas Cellana spp. amplamente distribuídas na Nova Zelândia ao estresse térmico. Testamos se havia diferenças na tolerância térmica no verão e inverno e nas concentrações de proteínas de choque térmico entre quatro espécies de Cellana que ocupam diferentes elevações costeiras. Para uma espécie altamente abundante (C. denticulata), testamos se a tolerância térmica foi afetada pelo tamanho da lapa no verão e inverno e se a tolerância térmica e o consumo de oxigênio no ar e na água foram afetados pelo estresse térmico repetido. As espécies de lapas de elevações costeiras mais altas nem sempre apresentaram temperaturas de ponto de ruptura mais altas do que aquelas de elevações mais baixas, potencialmente devido a diferenças no comportamento de retorno ao local. Similarmente, não houve efeito do tamanho, estação ou estresse térmico repetido na tolerância térmica. As concentrações de HSP70 foram mais altas em C. denticulata, mas não foram afetadas pela temperatura (19–34 °C), indicando que as lapas mantêm altas concentrações de HSP70 constitutiva. Lapas expostas ao estresse térmico repetido no ar apresentaram frequências cardíacas e consumo de oxigênio mais altos do que aquelas mantidas em temperatura ambiente (19 °C). No entanto, quando ambos os tratamentos foram inundados com água do mar a 18 °C, as frequências cardíacas foram similares, mas o consumo de oxigênio foi maior no tratamento ambiente, indicando que lapas não estressadas podem incorrer em uma dívida de oxigênio durante a exposição aérea. Este estudo fornece nova compreensão sobre o efeito do estresse térmico agudo e repetido na fisiologia desses invertebrados pastadores conspícuos e abundantes, o que ajudará a prever melhor suas distribuições em resposta às mudanças climáticas. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological responses of cooccurring intertidal limpets (Cellana spp.) to acute and repeated heat stress: Limpets help maintain bare space and act as sentinel species of thermal stress in intertidal reef ecosystems. However, little is known about the physiological responses of New Zealand's widely distributed Cellana spp. limpets to thermal stress. We tested if there were differences in thermal tolerance in summer and winter and heat shock protein concentrations among four Cellana species that occupy different shore elevations. For one highly abundant species (C. denticulata), we tested whether thermal tolerance was affected by limpet size in summer and winter and whether thermal tolerance and oxygen consumption in air and water were affected by repeated heat stress. Limpet species from higher shore elevations did not always have higher breakpoint temperatures than those from lower elevations, potentially due to differences in homing behaviour. Similarly, there was no effect of size, season, or repeated heat stress on thermal tolerance. HSP70 concentrations were highest in C. denticulata, but were not affected by temperature (19–34 °C), indicating that limpets maintain high concentrations of constitutive HSP70. Limpets exposed to repeated heat stress in air had higher heart rates and oxygen consumption than those maintained at ambient temperature (19 °C). However, when both treatments were flooded with 18 °C seawater, heart rates were similar, but oxygen consumption was greater in the ambient treatment, indicating that non-stressed limpets may incur an oxygen debt during aerial exposure. This study provides new understanding about the effect of acute and repeated heat stress on the physiology of these conspicuous and abundant grazing invertebrates, which will help better predict their distributions in response to climate change. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os aumentos previstos das ondas de calor e eventos hipóxicos induzidos pelas mudanças climáticas terão efeitos profundos nos peixes, porém a capacidade dos pais de alterar o fenótipo da prole via herança não genética e amortecer esses estressores combinados não é clara. Este estudo testou como a exposição prolongada de zebrafish adultos a ciclos diários combinados de estresse térmico e hipóxia afeta a sobrevivência inicial e o desenvolvimento da prole, o investimento parental de cortisol e proteínas de choque térmico (HSPs), as respostas ao estresse da prole larval e a tolerância ao calor e hipóxia tanto dos pais quanto da prole. A exposição parental ao estressor combinado não afetou a fecundidade, mas aumentou a mortalidade, produziu embriões menores e atrasou a eclosão. O tratamento combinado também reduziu a deposição materna de cortisol e aumentou os níveis embrionários de hsf1, hsp70a, HSP70, hsp90aa e HSP90. Nas larvas, os níveis basais de cortisol não diferiram entre os tratamentos, mas a exposição aguda ao estresse térmico combinado e hipóxia aumentou os níveis de cortisol nas larvas controle sem efeito nas larvas de pais expostos. Em contraste, enquanto os níveis basais larvais de hsf1, hsp70a e hsp90aa diferiram entre os tratamentos parentais, o estressor agudo combinado elicitou respostas transcricionais semelhantes entre os tratamentos. Além disso, o estressor agudo combinado apenas induziu um aumento marcante nos níveis de HSP47 nas larvas derivadas de pais expostos. Finalmente, a hipóxia combinada e temperaturas elevadas aumentaram tanto a tolerância térmica quanto à hipóxia nos adultos e conferiram um aumento na tolerância térmica, mas não à hipóxia, na prole. Estes resultados demonstram que a aclimatação intergeracional ao estresse térmico combinado e hipóxia elicita complexos efeitos remanescentes na responsividade ao estresse e tolerância da prole com consequências potenciais para a resiliência. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Intergenerational plasticity to cycling high temperature and hypoxia affects offspring stress responsiveness and tolerance in zebrafish: Predicted climate change-induced increases in heat waves and hypoxic events will have profound effects on fishes, yet the capacity of parents to alter offspring phenotype via non-genetic inheritance and buffer against these combined stressors is not clear. This study tested how prolonged adult zebrafish exposure to combined diel cycles of thermal stress and hypoxia affect offspring early survival and development, parental investment of cortisol and heat shock proteins (HSPs), larval offspring stress responses, and both parental and offspring heat and hypoxia tolerance. Parental exposure to the combined stressor did not affect fecundity, but increased mortality, produced smaller embryos and delayed hatching. The combined treatment also reduced maternal deposition of cortisol and increased embryo hsf1, hsp70a, HSP70, hsp90aa and HSP90 levels. In larvae, basal cortisol levels did not differ between treatments, but acute exposure to combined heat stress and hypoxia increased cortisol levels in control larvae with no effect on larvae from exposed parents. In contrast, whereas larval basal hsf1, hsp70a and hsp90aa levels differed between parental treatments, the combined acute stressor elicited similar transcriptional responses across treatments. Moreover, the combined acute stressor only induced a marked increase in HSP47 levels in the larvae derived from exposed parents. Finally, combined hypoxia and elevated temperatures increased both thermal and hypoxia tolerance in adults and conferred an increase in offspring thermal but not hypoxia tolerance. These results demonstrate that intergenerational acclimation to combined thermal stress and hypoxia elicit complex carryover effects on stress responsiveness and offspring tolerance with potential consequences for resilience. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Ambientes térmicos severos na zona entremarés rochosa impõem sérios desafios fisiológicos e moleculares aos habitantes. A depressão metabólica é considerada uma característica de conservação de energia das espécies entremarés. Para compreender o mecanismo molecular da depressão metabólica, investigamos as respostas fisiológicas e transcriptômicas no caramujo entremarés Echinolittorina radiata. A taxa metabólica e a expressão da maioria dos genes foram insensíveis a temperaturas variando de 33 a 45 °C e depois aumentaram com aquecimento adicional até 52 °C. Diferente de outros genes, os genes envolvidos na resposta ao choque térmico (HSR) e resposta ao estresse oxidativo (OSR) (por exemplo, genes que codificam proteína de choque térmico 70 (HSP70) e proteína citocromo P450 (CYP450)) mantiveram-se regulados positivamente durante a depressão metabólica. Esses altos níveis de genes HSR e OSR devem ser importantes para sobreviver aos ambientes térmicos severos na costa rochosa. Na população que experimenta eventos de calor moderado mais frequentes, a amplitude de depressão foi maior, e a mudança na magnitude da regulação positiva foi insensível para genes HSR (por exemplo, HSP70s) mas termossensível para genes OSR (por exemplo, CYP450s) na temperatura de 37 a 45 °C. Essas descobertas indicam que tanto a sensibilidade térmica dos genes HSR e OSR quanto a insensibilidade dos genes metabólicos são cruciais para sobreviver a ambientes entremarés extremos, e diferentes populações da mesma espécie dependem de vários mecanismos fisiológicos em diferentes extensões para lidar com o estresse térmico. A resposta ao estresse celular não é uma resposta "única para todos" entre as populações, dependendo amplamente dos regimes térmicos locais. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Coping with harsh heat environments: molecular adaptation of metabolic depression in the intertidal snail Echinolittorina radiata: Harsh thermal environments in the rocky intertidal zone pose serious physiological and molecular challenges to the inhabitants. Metabolic depression is regarded as an energy-conserving feature of intertidal species. To understand the molecular mechanism of metabolic depression, we investigated physiological and transcriptomic responses in the intertidal snail Echinolittorina radiata. The metabolic rate and expression of most genes were insensitive to temperatures ranging from 33 to 45 °C and then increased with further heating to 52 °C. Different from other genes, the genes involved in heat shock response (HSR) and oxidative stress response (OSR) (e.g., genes encoding heat shock protein 70 (HSP70) and cytochrome P450 protein (CYP450)) kept upregulating during metabolic depression. These high levels of HSR and OSR genes should be important for surviving the harsh thermal environments on the rocky shore. In the population experiencing more frequent moderate heat events, the depression breadth was larger, and the change in magnitude of upregulation was insensitive for HSR genes (e.g., HSP70s) but heat-sensitive for OSR genes (e.g., CYP450s) at the temperature of 37 to 45 °C. These findings indicate that both the thermal sensitivity of HSR and OSR genes and the insensitivity of metabolic genes are crucial for surviving extreme intertidal environments, and different populations of the same species rely on various physiological mechanisms to differing extents to deal with heat stress. The cellular stress response is not a “one size fits all” response across populations largely depending on local thermal regimes. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento drástico da temperatura dos oceanos ameaça a adaptação e sobrevivência dos organismos marinhos, causando sérios impactos ecológicos e perdas econômicas. É crucial compreender os mecanismos adaptativos dos organismos marinhos em resposta a altas temperaturas. Neste estudo, foi revelado um novo mecanismo regulatório mediado pelo fator induzível por hipóxia-1α (HIF-1α) na ostra do Pacífico (Crassostrea gigas) em resposta ao estresse térmico. Identificamos um total de seis genes HIF-1α no genoma de C. gigas, dos quais HIF-1α e HIF-1α-like5 foram altamente induzidos sob estresse térmico. Descobrimos que os genes HIF-1α e HIF-1α-like5 desempenharam papéis críticos na resposta ao choque térmico (HSR) através da regulação positiva da expressão da proteína de choque térmico (HSP). O silenciamento de HIF-1α via interferência por RNA (RNAi) inibiu a expressão dos genes do fator de choque térmico 1 (HSF1) e HSP70 em C. gigas sob estresse térmico. Tanto HIF-1α quanto HIF-1α-like5 promoveram a atividade transcricional de HSF1 ligando-se a elementos de resposta à hipóxia (HREs) dentro da região promotora. Além disso, a sobrevivência de C. gigas sob estresse térmico foi significativamente diminuída após o silenciamento de HIF-1α. Este trabalho revelou pela primeira vez o envolvimento da via HIF-1α/HSF1/HSP70 em resposta ao estresse térmico na ostra e forneceu uma visão sobre o mecanismo adaptativo de bivalves diante do aquecimento dos oceanos. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Contribution of HIF-1α to Heat Shock Response by Transcriptional Regulation of HSF1/HSP70 Signaling Pathway in Pacific Oyster, Crassostrea gigas: Ocean temperature rising drastically threatens the adaptation and survival of marine organisms, causing serious ecological impacts and economic losses. It is crucial to understand the adaptive mechanisms of marine organisms in response to high temperature. In this study, a novel regulatory mechanism that is mediated by hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) was revealed in Pacific oyster (Crassostrea gigas) in response to heat stress. We identified a total of six HIF-1α genes in the C. gigas genome, of which HIF-1α and HIF-1α-like5 were highly induced under heat stress. We found that the HIF-1α and HIF-1α-like5 genes played critical roles in the heat shock response (HSR) through upregulating the expression of heat shock protein (HSP). Knocking down of HIF-1α via RNA interference (RNAi) inhibited the expression of heat shock factor 1 (HSF1) and HSP70 genes in C. gigas under heat stress. Both HIF-1α and HIF-1α-like5 promoted the transcriptional activity of HSF1 by binding to hypoxia response elements (HREs) within the promoter region. Furthermore, the survival of C. gigas under heat stress was significantly decreased after knocking down of HIF-1α. This work for the first time revealed the involvement of HIF-1α/HSF1/HSP70 pathway in response to heat stress in the oyster and provided an insight into adaptive mechanism of bivalves in the face of ocean warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A variação espacial de temperatura em pequena escala desempenha um papel fundamental na limitação da distribuição de organismos em ambientes termicamente heterogêneos. Na zona entremarés rochosa, a variação de temperatura intra-diária em pequenas escalas (cm–m) pode facilmente exceder 30°C. Para testar experimentalmente o impacto dessa heterogeneidade térmica em pequena escala na distribuição de uma espécie de lapa ecologicamente importante (Cellana denticulata), rochas em um recife rochoso entremarés na Nova Zelândia foram rotacionadas e a variabilidade de temperatura em pequena escala e a disponibilidade de alimento foram medidas ao longo de 1 ano. A variabilidade em pequena escala na tolerância térmica, frequência cardíaca e expressão de proteínas de choque térmico também foi medida para relacionar as distribuições de lapas in situ com as condições ambientais. A variabilidade de temperatura foi medida usando biomímicos de lapas e registradores de temperatura HOBO pendant, enquanto a disponibilidade de alimento (concentração de clorofila a) foi medida em telas de fibrocimento in situ. Para medir as distribuições de lapas, cada lapa marcada em cada uma das 18 rochas foi acompanhada de junho de 2021 a 2022. Durante cada amostragem, a localização de cada lapa, direção da bússola e inclinação da superfície que cada lapa habitava foram medidas. Para testar diferenças fisiológicas entre lapas de cada micro-habitat, tolerância térmica e expressão de proteínas de choque térmico foram medidas em lapas coletadas; frequências cardíacas in situ e temperaturas corporais também foram medidas esporadicamente em dias quentes. As temperaturas corporais máximas previstas (36–39°C), frequências cardíacas e temperaturas corporais reais foram maiores em superfícies equatoriais (isto é, superfícies voltadas para o equador), enquanto a disponibilidade de alimento foi maior em superfícies voltadas para o polo. Durante o verão, as lapas moveram-se para superfícies que minimizavam suas temperaturas corporais e maximizavam a disponibilidade de alimento, nomeadamente superfícies verticais e voltadas para o polo e partes inferiores das rochas. A tolerância térmica, medida usando temperaturas de ponto de ruptura de Arrhenius (média ± EP: 34,7–35,8 ± 0,4–0,7°C) e temperaturas de linha plana (36,2–37,4 ± 0,3–0,4°C), foi semelhante entre lapas voltadas para diferentes direções. Surpreendentemente, a expressão de proteínas de choque térmico foi relativamente consistente ao longo do ano e entre direções. No geral, as populações de lapas são resilientes ao estresse térmico porque usam efetivamente a termorregulação comportamental para explorar micro-habitats mais frios que também possuem maior disponibilidade de alimento durante o verão.

Behavioural thermoregulation and food availability drive fine-scale seasonal habitat partitioning in limpets: Small-scale spatial variation in temperature plays a key role in limiting the distribution of organisms in thermally heterogeneous environments. In the rocky intertidal zone, intra-day temperature variation at small scales (cm–m) can easily exceed 30°C. To experimentally test the impact of this small-scale temperature heterogeneity on the distribution of an ecologically important limpet species (Cellana denticulata), boulders on an intertidal rocky reef in New Zealand were rotated and small-scale temperature variability and food availability were measured throughout 1 year. Small-scale variability in thermal tolerance, heart rate and heat shock protein expression was also measured to relate in situ limpet distributions with environmental conditions. Temperature variability was measured using limpet bio-mimics and HOBO pendant temperature loggers, while food availability (chlorophyll a concentration) was measured on in situ concrete fibreboard tiles. To measure limpet distributions, every tagged limpet on each of 18 boulders was followed from June 2021 to 2022. During each sampling, the location of each limpet, compass direction and slope of the surface that each limpet inhabited was measured. To test for physiological differences among limpets from each microhabitat, thermal tolerance and heat shock protein expression were measured in collected limpets; in situ heart rates and body temperatures were also measured sporadically on hot days. Maximum predicted body temperatures (36–39°C), heart rates and actual body temperatures were greatest on equatorial surfaces (i.e. surfaces facing the equator) whereas food availability was greatest on poleward-facing surfaces. During summer, limpets moved towards surfaces that minimised their body temperatures and maximised food availability, namely vertical and poleward-facing surfaces and undersides of boulders. Thermal tolerance, measured using Arrhenius breakpoint temperatures (mean ± SE: 34.7–35.8 ± 0.4–0.7°C) and flat line temperatures (36.2–37.4 ± 0.3–0.4°C), was similar among limpets facing different directions. Surprisingly, heat shock protein expression was relatively consistent throughout the year and among directions. Overall, limpet populations are resilient to thermal stress because they effectively use behavioural thermoregulation to exploit cooler microhabitats that also have greater food availability during summer. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Diferentes populações de organismos que ocorrem em diversos regimes térmicos apresentam diversidade nas respostas ao estresse por calor. Utilizamos uma abordagem experimental de "jardim comum" desenvolvida para lidar com plasticidade fenotípica para estudar em Lymnaea stagnalis (Linnaeus, 1758) as respostas comportamentais e moleculares a um choque térmico em caramujos endogâmicos de laboratório (linhagem W) e caramujos recém-coletados (linhagem Stony) de lagoas. Na linhagem W, que vem sendo criada sob temperaturas padronizadas por gerações, a exposição a 30°C por 1 h (choque térmico, CT) quando vivenciada após um novo "sabor" resulta em uma aversão específica ao sabor conhecida como "efeito Garcia". Esta evitação aprendida requer a regulação positiva de proteínas de choque térmico (HSPs). Em contraste, a linhagem Stony recém-coletada, que experimenta flutuações de temperatura regularmente, não exibe o efeito Garcia. Aqui, descobrimos que (1) caramujos da linhagem Stony possuem níveis basais de mRNA de HSPs mais elevados do que os da linhagem W; (2) na linhagem W, o procedimento de treinamento para causar o efeito Garcia regula positivamente os níveis de mRNA de HSPs e genes-chave relacionados à neuroplasticidade, como CREB1 e GRIN1; (3) em caramujos da linhagem Stony, o mesmo procedimento de treinamento não altera os níveis de mRNA desses alvos. Estes dados sugerem que os caramujos da linhagem Stony não percebem o CT como um estressor devido aos níveis basais mais elevados de mRNA de HSPs, o que pode conferir uma maior tolerância térmica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparison of behavioural and transcriptional responses to a heat stressor between freshly collected and an inbred strain of Lymnaea: Different populations of organisms occurring across varying thermal regimes show diversity in responses to heat stress. We use a “common garden experimental” approach designed to deal with phenotypic plasticity to study in Lymnaea stagnalis (Linnaeus, 1758) the behavioural and molecular responses to a heat shock in laboratory-inbred snails (W-strain) and freshly collected snails (Stony strain) from ponds. In the W-strain, which has been reared under standardized temperatures for gener-ations, the exposure to 30◦C for 1 h (heat shock, HS) when experienced after a novel “taste” results in a taste-specific aversion known as the “Garcia effect”. This learned avoidance requires the upregulation of heat shock proteins (HSPs). In contrast, freshly collected Stony strain, which experiences temperature fluctuations regularly, does not exhibit a Garcia effect. Here, we found that (1) Stony-strain snails have higher basal mRNA levels of HSPs than W-strain ones; (2) in the W-strain, the training procedure to cause the Garcia effect upregulates the mRNA levels of HSPs and key neuroplasticity-related genes such as CREB1 and GRIN1; (3) in Stony-strain snails, the same training procedure fails to alter the mRNA levels of those targets. These data suggest that Stony-strain snails do not perceive the HS as a stressor because of the higher HSP basal mRNA levels, which may confer a higher thermal tolerance. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As ostras, sendo bivalves de cultivo global com significativo valor econômico e ecológico, enfrentam crescentemente estresse térmico induzido pelo aquecimento global, como a frequente ocorrência de eventos de mortalidade em massa no verão em todo o mundo. O papel da epigenética na adaptação a ambientes de alta temperatura tem recebido atenção crescente; no entanto, sua aplicação em ostras permanece pouco compreendida. Neste estudo, realizamos uma análise comparativa entre duas espécies de ostras intimamente relacionadas (a relativamente termossensível Crassostrea gigas e a relativamente termotolerante Crassostrea angulata) usando ATAC-Seq e RNA-Seq para revelar os mecanismos diferenciais de tolerância térmica ao nível da dinâmica cromatínica em resposta ao estresse por alta temperatura. A análise comparativa mostrou que a família de proteínas inibidoras da apoptose (IAP) e suas vias de apoptose associadas foram a principal via divergente entre as duas espécies. As regiões promotoras de genes diferencialmente expressos em C. gigas sob estresse térmico apresentaram-se enriquecidas com motivos como Foxp1, Foxk2, Myc, Cebpd, Foxo3 e motivos Hsf1 e expressaram genes relacionados a chaperonas moleculares, incluindo a família de proteínas de choque térmico. E C. angulata ativou os genes relacionados à anti-apoptose, reparo de danos no DNA e síntese de ácidos graxos (diminuindo a insaturação de ácidos graxos da membrana para regular a fluidez da membrana). Esses achados sugerem que C. angulata pode ter evoluído uma rede regulatória transcricional mais centralizada e energeticamente eficiente ao nível genômico, facilitando assim sua adaptação de longo prazo a ambientes de temperatura relativamente alta. Além disso, o fator de transcrição chave Hsf1, envolvido nas respostas ao choque térmico, pode contribuir para os padrões diferenciais de resposta ao calor em C. gigas e C. angulata através de níveis de expressão divergentes de suas isoformas alternativamente processadas (Hsf1a e Hsf1d). Nosso trabalho contribuirá para prever o potencial adaptativo de ostras e outros invertebrados marinhos ao enfrentar o futuro aquecimento global, e fornecer uma base teórica para o melhoramento genético de características de resistência e desenvolvimento sustentável da indústria de ostras. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Comparative chromatin dynamics reveal differential thermal tolerance mechanisms between two congeneric oyster species: Oysters, being globally farmed bivalve of significant economic and ecological value, are increasingly confronted with heat stress induced by global warming, such as the frequent occurrence of mass summer mortality events worldwide. The role of epigenetics in adapting to high-temperature environments has garnered growing attention; however, its application in oysters remains poorly understood. In this study, we conducted a comparative analysis between two closely related oyster species (the relatively thermosensitive Crassostrea gigas and the relatively thermotolerant Crassostrea angulata) using ATAC-Seq and RNA-Seq to reveal the differential thermal tolerance mechanisms at the chromatin dynamics level in response to high-temperature stress. The comparative analysis showed that the inhibitor of apoptosis protein (IAP) family and its associated apoptosis pathways were the major divergent pathway between the two species. The promoter regions of differentially expressed genes in C. gigas under heat stress were found to be enriched with motifs such as Foxp1, Foxk2, Myc, Cebpd, Foxo3, and Hsf1 motifs and expressed genes related to molecular chaperones, including heat shock protein family. And C. angulata activated the genes related to anti-apoptosis, DNA damage repair, and fatty acid synthesis (decreasing fatty acid unsaturation of membrane to regulate membrane fluidity). These findings suggest that C. angulata may have evolved a more centralized and energy-efficient transcriptional regulatory network at the genomic level, thereby facilitating its long-term adaptation to relatively high temperature environments. Furthermore, the key transcription factor Hsf1, involved in heat shock responses, may contribute to the differential heat response patterns in C. gigas and C. angulata through divergent expression levels of its alternatively spliced isoforms (Hsf1a and Hsf1d). Our work will contribute to predicting the adaptive potential of oysters and other marine invertebrates in facing future global warming, and provide a theoretical foundation for genetic improvement of resistance traits and sustainable development of oyster industry. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O salmão do Atlântico (Salmo salar) não é apenas o peixe de cultivo economicamente mais importante do mundo em termos de valor total, mas também um salmonídeo, o que significa que são inestimáveis para estudos do destino evolutivo de genes após múltiplos eventos de duplicação total do genoma (WGD). Neste estudo, quatro paralogias da chaperona molecular serpinh1 foram caracterizadas no salmão do Atlântico, pois embora este gene seja considerado um biomarcador sensível de estresse térmico em salmonídeos, estudos em mamíferos também o identificaram como essencial para a montagem estrutural e integridade do colágeno. As quatro paralogias do salmão foram clonadas e sequenciadas para que análises in silico nos níveis nucleotídicos e de aminoácidos deduzidos pudessem ser realizadas. Além disso, qPCR foi utilizada para medir: a expressão constitutiva de serpinh1 específica por paralogia e sexo em 17 tecidos adultos; e sua expressão no fígado e rim cefálico de salmões do Atlântico machos conforme afetada pelo fenótipo de estresse (alto vs baixo respondedor), temperatura aumentada e injeção com uma vacina multivalente. Comparada às outras três paralogias, serpinh1a-2 teve um perfil de expressão constitutiva único nos 17 tecidos. Embora o fenótipo de estresse tenha tido impacto mínimo na expressão transcricional das quatro paralogias, a injeção com uma vacina comercial contendo várias bacterinas inativadas por formalina aumentou a expressão da maioria das paralogias (de 1,1 a 4,5 vezes) em ambos os tecidos. A 20 °C, os níveis de expressão de serpinh1a-1 e serpinh1a-2 foram geralmente menores (de -1,1 a -1,6 vezes), e serpinh1b-1 e serpinh1b-2 foram 10,2 a 19,0 vezes maiores, em comparação com salmões mantidos a 12 °C. Com estudos recentes sugerindo uma possível ligação entre serpinh1 e a tolerância térmica superior em salmonídeos, a pesquisa atual é um primeiro passo valioso para elucidar os mecanismos potenciais envolvidos. Esta pesquisa: apoia o uso de serpinh1b-1 e serpinh1b-2 como biomarcadores de estresse térmico em salmão; e fornece evidências de neo e/ou subfuncionalização entre as paralogias, e importantes insights sobre como múltiplos eventos de duplicação do genoma podem potencialmente levar à divergência evolutiva. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization and transcript expression analyses of four Atlantic salmon (Salmo salar) serpinh1 paralogues provide evidence of evolutionary divergence: Atlantic salmon (Salmo salar) are not only the world's most economically important farmed fish in terms of total value, but also a salmonid, which means that they are invaluable for studies of the evolutionary fate of genes following multiple whole-genome duplication (WGD) events. In this study, four paralogues of the molecular chaperone serpinh1 were characterized in Atlantic salmon, as while this gene is considered to be a sensitive biomarker of heat stress in salmonids, mammalian studies have also identified it as being essential for collagen structural assembly and integrity. The four salmon paralogues were cloned and sequenced so that in silico analyses at the nucleotide and deduced amino acid levels could be performed. In addition, qPCR was used to measure: paralogue- and sex-specific constitutive serpinh1 expression across 17 adult tissues; and their expression in the liver and head kidney of male Atlantic salmon as affected by stress phenotype (high vs. low responder), increased temperature, and injection with a multi-valent vaccine. Compared to the other three paralogues, serpinh1a-2 had a unique constitutive expression profile across the 17 tissues. Although stress phenotype had minimal impact on the transcript expression of the four paralogues, injection with a commercial vaccine containing several formalin inactivated bacterins increased the expression of most paralogues (by 1.1 to 4.5-fold) across both tissues. At 20 °C, the expression levels of serpinh1a-1 and serpinh1a-2 were generally lower (by −1.1- to −1.6-fold), and serpinh1b-1 and serpinh1b-2 were 10.2- to 19.0-fold greater, in comparison to salmon held at 12 °C. With recent studies suggesting a putative link between serpinh1 and upper thermal tolerance in salmonids, the current research is a valuable first step in elucidating the potential mechanisms involved. This research: supports the use of serpinh1b-1 and serpinh1b-2 as a biomarkers of heat stress in salmon; and provides evidence of neo- and/or subfunctionalization between the paralogues, and important insights into how multiple genome duplication events can potentially lead to evolutionary divergence. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

A presente pesquisa teve como objetivo determinar a influência do horário do dia em que o tratamento térmico (TT) é aplicado na diferenciação sexual e nos mecanismos de tolerância térmica em tilápia-do-nilo (Oreochromis niloticus). Para isso, larvas de peixes foram submetidas a TT (36 °C) por 12 dias em diferentes horários do dia durante o período termossensível (ou seja, 11-23 dias pós-fertilização, dpf). O tratamento térmico foi aplicado durante a fase clara (TT-L); durante a fase escura (TT-E), ou durante ambas as fases clara-escura (TT-CE). Um grupo controle mantido em temperatura constante de criação (28 °C, CTRL) também foi utilizado. Aos 25 dpf, a tolerância térmica foi determinada (sobrevivência) e amostras de larvas inteiras foram coletadas para análise de expressão de mRNA (qPCR). Posteriormente, todos os grupos permaneceram em temperatura constante até 270 dpf, quando alguns peixes foram sacrificados e os lóbulos gonadais de cada indivíduo foram coletados para análises histológicas e de qPCR. Ao mesmo tempo, cada grupo experimental foi submetido a choque térmico agudo (CT; 36 °C por 2 h) na metade da fase clara (MC) ou na metade da fase escura (ME). Quando a exposição ao CT terminou, os cérebros dos adultos foram extraídos para determinar a resposta ao CT por qPCR. A expressão dos genes envolvidos na diferenciação sexual feminina (cyp19a1a, foxl2, era) e masculina (amh, ara, sox9a, dmrt1) e na tolerância térmica (hsp70, hsp90a, hsp27) nas larvas de 25 dpf e nos adultos foi estudada. Os resultados revelaram que todas as larvas tratadas com TT apresentaram regulação positiva da expressão de genes de diferenciação testicular e inibição da expressão de genes de diferenciação ovariana, o que resultou em maior porcentagem de machos. O horário do dia do TT durante o desenvolvimento influenciou a termotolerância nas fases larval e adulta, com a menor sobrevivência e maior estresse celular (maior expressão de HSPs) observados nas larvas dos grupos TT-E e TT-CE. Esses achados revelam a necessidade de investigar mais a ligação entre a diferenciação sexual e os ritmos diários de termotolerância na pesquisa de biologia térmica. Esses resultados podem ser úteis para otimizar protocolos de masculinização na indústria da tilápia, garantindo o bem-estar animal e minimizando os efeitos negativos do TT na fisiologia dos peixes. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Time of day-dependent effects of heat treatment on thermal tolerance and sex differentiation in Nile tilapia (Oreochromis niloticus): The present research aimed to determine the influence of the time of day at which heat treatment (HT) is applied to sexual differentiation and thermal tolerance mechanisms in Nile tilapia (Oreochromis niloticus). To this end, fish larvae were subjected to HT (36 °C) for 12 days at different times of the day during the thermosensitive period (i.e. 11–23 days post-fertilization, dpf). The heat treatment was applied during the light phase (L-HT); during the dark phase (D-HT), or during both light-dark phases (LD-HT). A control group maintained at constant rearing temperature (28 °C, CTRL) was also used. At 25 dpf, thermal tolerance was determined (survival) and whole larvae samples were collected for the mRNA expression analysis (qPCR). There after, all the groups remained at constant temperature until 270 dpf, when some fish were sacrificed and each individual's gonadal lobules were collected for histological and qPCR analyses. At the same time, each experimental group was subjected to acute heat shock (HS; 36 °C for 2 h) in either the mid-light (ML) or the mid-dark (MD) phase. When HS exposure finished, adults' brains were extracted to determine the HS response by qPCR. The expression of the genes involved in female (cyp19a1a, foxl2, era) and male (amh, ara, sox9a, dmrt1) sexual differentiation and thermal tolerance (hsp70, hsp90a, hsp27) in the 25 dpf larvae and adults was studied. The results revealed that all the HT-treated larvae showed an up-regulation of testicular differentiation gene expression and inhibition of ovarian differentiation gene expression, which resulted in a higher percentage of males. The time of day of HT during development influenced thermotolerance in the larval and adult stages, with the lowest survival and highest cellular stress (higher HSPs expression) observed in the larvae of the D-HT and LD-HT groups. These findings reveal the need to further investigate the link between sexual differentiation and thermotolerance daily rhythms in thermal biology research. These results may be useful for optimizing masculinization protocols in the tilapia industry, while ensuring animal welfare and minimizing negative HT effects on fish physiology. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O conhecimento da estabilidade térmica dos proteomas vegetais em seus ambientes nativos auxiliaria no projeto de plantas cultivadas resilientes ao clima. A identificação de proteínas termossensíveis e resilientes não apenas fornece compreensão fundamental do dano sistêmico induzido pelo calor, mas também oferece insight sobre interações proteicas e evolução proteica. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Observations and implication of thermal tolerance in the Arabidopsis proteome: Knowledge of the thermal stability of plant proteomes within their native environments would aid in the design of climate-resilient crop plants. Identification of thermo-sensitive and -resilient proteins not only provides foundational understanding of systematic heat-induced damage but also offers insight into protein interactions and protein evolution. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

As espécies de Saccharomyces divergiram em seu perfil de crescimento térmico. Tanto Saccharomyces cerevisiae quanto Saccharomyces paradoxus crescem em temperaturas bem acima da temperatura máxima de crescimento de Saccharomyces kudriavzevii e Saccharomyces uvarum, mas crescem mais pobremente em temperaturas mais baixas. Em resposta a mudanças térmicas, os organismos ativam uma resposta ao estresse que inclui proteínas de choque térmico envolvidas na homeostase proteica e aquisição de tolerância térmica. Para determinar se as espécies de Saccharomyces divergiram em sua resposta à temperatura, medimos mudanças na expressão gênica em resposta a um aumento ou diminuição de 12 °C na temperatura para quatro espécies de Saccharomyces e seus seis híbridos pareados. Para garantir a cobertura de famílias gênicas subteloméricas, sequenciamos, montamos e anotamos um genoma completo de S. uvarum. Em resposta ao calor, as espécies criófilas mostraram uma resposta ao estresse mais forte do que as espécies termófilas, e os híbridos mostraram uma mistura de respostas parentais que dependiam do ponto temporal. Após uma resposta inicial forte indicativa de alto estresse térmico, híbridos com um progenitor termófilo resolveram sua resposta ao choque térmico para se tornarem semelhantes ao seu progenitor termófilo. Dentro dos híbridos, apenas um pequeno número de genes responsivos à temperatura mostrou diferenças consistentes entre alelos das espécies termófilas e criófilas. Nossos resultados mostram que a divergência na resposta ao choque térmico é principalmente uma consequência da tolerância térmica de uma linhagem, sugerindo que fatores celulares que sinalizam estresse térmico ou resolvem mudanças induzidas pelo calor são relevantes para a divergência térmica nas espécies de Saccharomyces. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Divergence in the Saccharomyces Species' Heat Shock Response Is Indicative of Their Thermal Tolerance: The Saccharomyces species have diverged in their thermal growth profile. Both Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces paradoxus grow at temperatures well above the maximum growth temperature of Saccharomyces kudriavzevii and Saccharomyces uvarum but grow more poorly at lower temperatures. In response to thermal shifts, organisms activate a stress response that includes heat shock proteins involved in protein homeostasis and acquisition of thermal tolerance. To determine whether Saccharomyces species have diverged in their response to temperature, we measured changes in gene expression in response to a 12 °C increase or decrease in temperature for four Saccharomyces species and their six pairwise hybrids. To ensure coverage of subtelomeric gene families, we sequenced, assembled, and annotated a complete S. uvarum genome. In response to heat, the cryophilic species showed a stronger stress response than the thermophilic species, and the hybrids showed a mixture of parental responses that depended on the time point. After an initial strong response indicative of high thermal stress, hybrids with a thermophilic parent resolved their heat shock response to become similar to their thermophilic parent. Within the hybrids, only a small number of temperature-responsive genes showed consistent differences between alleles from the thermophilic and cryophilic species. Our results show that divergence in the heat shock response is mainly a consequence of a strain's thermal tolerance, suggesting that cellular factors that signal heat stress or resolve heat-induced changes are relevant to thermal divergence in the Saccharomyces species. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

Nos próximos anos, as mudanças climáticas provavelmente aumentarão a frequência e intensidade das ondas de calor. Em muitos organismos, o estresse térmico provoca perturbações fisiológicas e pode levar à diminuição da fertilidade masculina. Os zangões são endo-heterotérmicos, mas apresentam diferenças interespecíficas na termotolerância que poderiam ter implicações para conservação. Para a espécie de preocupação Bombus magnus, a exposição a altas temperaturas pode reduzir severamente a qualidade do esperma e, consequentemente, o sucesso reprodutivo. Este não é o caso para B. terrestris, uma espécie ubíqua. Para decifrar os mecanismos em jogo, caracterizamos os proteomas do fluido seminal das duas espécies. Quantificamos 1121 proteínas, das quais 522 foram diferencialmente expressas entre B. terrestris e B. magnus. Várias proteínas com funções protetoras, como proteases, proteínas antioxidantes e várias proteínas de choque térmico, estavam presentes em níveis mais elevados em B. terrestris do que em B. magnus, tanto em condições de controle quanto de estresse térmico. O mesmo ocorreu com proteínas envolvidas na homeostase celular, imunidade, metabolismo de lipídios/açúcares e termotolerância. Além disso, proteínas envolvidas na captura e eliminação de espécies reativas de oxigênio também ocorreram em níveis muito mais altos em B. terrestris. No geral, estes resultados indicam claramente diferenças no proteoma seminal do B. terrestris mais termotolerante versus B. magnus. As diferenças podem contribuir para explicar as diferenças interespecíficas na sobrevivência dos espermatozoides. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Proteomic differences in seminal fluid of social insects whose sperm differ in heat tolerance: In the coming years, climate change is likely to increase the frequency and intensity of heatwaves. In many organisms, heat stress provokes physiological perturbations and can lead to decreased male fertility. Bumblebees are endo-heterothermic but display interspecific differences in thermotolerance that could have conservation implications. For the species of concern Bombus magnus, exposure to high temperatures can severely reduce sperm quality and, consequently, reproductive success. Such is not the case for B. terrestris, a ubiquitous species. To decipher the mechanisms at play, we characterized the seminal fluid proteomes of the two species. We quantified 1121 proteins, of which 522 were differentially expressed between B. terrestris and B. magnus. Several proteins with protective functions, such as proteases, antioxidant proteins and various heat-shock proteins, were present at higher levels in B. terrestris than in B. magnus under both control and heat-stress conditions. The same was true for proteins involved in cellular homeostasis, immunity, lipid/sugar metabolism and thermotolerance. Furthermore, proteins involved in the capture and elimination of reactive oxygen species also occurred at much high levels in B. terrestris. Overall, these results clearly indicate differences in the seminal proteome of the more thermotolerant B. terrestris versus B. magnus. The differences may contribute to explaining interspecific differences in sperm survival. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O mexilhão de casca grossa Mytilus coruscus serve como uma espécie sésseil comum do intertidal e possui significado econômico como organismo aquático. M. coruscus frequentemente suporta temperaturas mais altas do que sua faixa ideal durante marés baixas consecutivas na primavera. Esta exposição a temperaturas elevadas proporciona a eles um aumento da tolerância térmica, permitindo que se adaptem a eventos de alta temperatura causados por marés extremamente baixas e condições climáticas adversas. Este fenômeno é referido como endurecimento ao calor. Alguns estudos relacionados mostraram o fenômeno de endurecimento ao calor em espécies sésseis do intertidal, mas não relatado em nível de mecanismo baseado em transcriptoma até agora. Neste estudo, experimentos fisiológicos, identificação de famílias gênicas e sequenciamento de transcriptoma foram realizados para confirmar o aumento da termotolerância baseado no endurecimento ao calor e explorar o mecanismo em M. coruscus. Um total de 2935 DEGs foram identificados e os resultados do enriquecimento KEGG mostraram que sete vias relativas ao endurecimento ao calor foram enriquecidas, incluindo a via de sinalização do receptor Toll, metabolismo do ácido araquidônico e outras. Em seguida, 24 membros HSP70 e 36 membros CYP2 foram identificados, e os membros regulados positivamente estão correlacionados com o aumento da termotolerância. Finalmente, concluímos que o M. coruscus endurecido ao calor possui melhor termotolerância devido à capacidade de manter a integridade e o fenômeno de vasodilatação da brânquia sob estresse térmico. Além disso, os experimentos fisiológicos produziram as mesmas conclusões. No geral, este estudo confirma o aumento da termotolerância causado pelo endurecimento ao calor e revela a estratégia de sobrevivência em M. coruscus. Além disso, a conclusão fornece uma nova referência para estudar os mecanismos de resistência ao calor de espécies intertidais para combater eventos de calor extremo e as estratégias para lidar com condições climáticas extremas na aquicultura sob a tendência de aquecimento global. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptome profiling reveals the strategy of thermal tolerance enhancement caused by heat-hardening in Mytilus coruscus: The thick-shell mussel Mytilus coruscus serves as a common sessile intertidal species and holds economic significance as an aquatic organism. M. coruscus often endure higher temperatures than their ideal range during consecutive low tides in the spring. This exposure to elevated temperatures provides them with a thermal tolerance boost, enabling them to adapt to high-temperature events caused by extreme low tides and adverse weather conditions. This phenomenon is referred to as heat-hardening. Some related studies showed the phenomenon of heat-hardening in sessile intertidal species but not reported at the mechanism level based on transcriptome so far. In this study, physiological experiments, gene family identification and transcriptome sequencing were performed to confirm the thermotolerance enhancement based on heat-hardening and explore the mechanism in M. coruscus. A total of 2935 DEGs were identified and the results of the KEGG enrichment showed that seven heat-hardening relative pathways were enriched, including Toll-like receptor signal pathway, Arachidonic acid metabolism, and others. Then, 24 HSP70 members and 36 CYP2 members, were identified, and the up-regulated members are correlated with increasing thermotolerance. Finally, we concluded that the heat-hardening M. coruscus have a better thermotolerance because of the capability of maintaining the integrity and the phenomenon of vasodilation of the gill under thermal stress. Further, the physiological experiments yielded the same conclusions. Overall, this study confirms the thermotolerance enhancement caused by heat-hardening and reveals the survival strategy in M. coruscus. In addition, the conclusion provides a new reference for studying the intertidal species' heat resistance mechanisms to combat extreme heat events and the strategies for dealing with extreme weather in aquaculture under the global warming trend. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico interrompe a termoestabilidade fisiológica e desencadeia respostas bioquímicas essenciais para a sobrevivência das plantas. No entanto, há conhecimento limitado sobre a velocidade com que as plantas se ajustam ao calor em horas e dias, e quais ajustes são cruciais. Espécies arbóreas de floresta tropical-subtropical (Polyscias elegans) foram aquecidas a 40°C por 5 dias, antes de retornar a 25°C por 13 dias de recuperação. A tolerância ao calor foliar foi quantificada usando a temperatura na qual a fluorescência mínima de cl a aumentou abruptamente (T<inf>crit</inf>). T<inf>crit</inf>, metabólitos, abundância de proteínas de choque térmico (HSP) e composição de ácidos graxos (FA) de lipídios de membrana foram quantificados. T<inf>crit</inf> aumentou 4°C (48–52°C) dentro de 2 horas de exposição a 40°C, juntamente com acúmulo rápido de metabólitos e HSPs. Em contraste, levou mais de 2 dias para a composição de FA mudar. Pelo menos 2 dias foram necessários para que T<inf>crit</inf>, HSP90, HSP70 e FAs retornassem aos níveis pré-estresse. Os resultados destacam a resposta multifacetada de P. elegans ao estresse térmico, e como esta resposta varia na escala de horas a dias, culminando em um nível aumentado de tolerância ao calor fotossintético. Essas respostas são importantes para a sobrevivência das plantas quando confrontadas com ondas de calor em meio às mudanças climáticas globais em curso. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat tolerance of a tropical–subtropical rainforest tree species Polyscias elegans: time-dependent dynamic responses of physiological thermostability and biochemistry: Heat stress interrupts physiological thermostability and triggers biochemical responses that are essential for plant survival. However, there is limited knowledge on the speed plants adjust to heat in hours and days, and which adjustments are crucial. Tropical–subtropical rainforest tree species (Polyscias elegans) were heated at 40°C for 5 d, before returning to 25°C for 13 d of recovery. Leaf heat tolerance was quantified using the temperature at which minimal chl a fluorescence sharply rose (T<inf>crit</inf>). T<inf>crit</inf>, metabolites, heat shock protein (HSP) abundance and membrane lipid fatty acid (FA) composition were quantified. T<inf>crit</inf> increased by 4°C (48–52°C) within 2 h of 40°C exposure, along with rapid accumulation of metabolites and HSPs. By contrast, it took > 2 d for FA composition to change. At least 2 d were required for T<inf>crit</inf>, HSP90, HSP70 and FAs to return to prestress levels. The results highlight the multi-faceted response of P. elegans to heat stress, and how this response varies over the scale of hours to days, culminating in an increased level of photosynthetic heat tolerance. These responses are important for survival of plants when confronted with heat waves amidst ongoing global climate change. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Modelos recentes de mudanças climáticas indicam que haverá um aumento na imprevisibilidade térmica e na frequência e intensidade de dias quentes. Como a imprevisibilidade térmica opera em habitats de maré baixa entre-marés com diferentes meios de habitat, como ambientes de poça de maré (submersos em água) ou expostos à maré (exposição circatidal ao ar e água) é pouco compreendido, especialmente quando combinado com outros determinantes importantes do desempenho fisiológico, como a disponibilidade de alimento. Examinamos como a aclimatação a diferentes níveis de previsibilidade térmica com alta ou baixa disponibilidade de alimento molda o desempenho durante uma rampa térmica aguda no mexilhão da Califórnia Mytilus californianus em 2 tratamentos de habitat de maré baixa: poça de maré e exposto à maré. Os mexilhões foram aquecidos a uma taxa de 6,5°C h–1 por 6 h em seu respectivo meio de habitat (água ou ar). O desempenho cardíaco, glicogênio e Hsp/Hsc70 foram determinados durante a rampa de calor. Descobrimos que o habitat de maré baixa foi o maior fator para moldar o desempenho térmico. Mexilhões de poça de maré exibiram frequências cardíacas máximas mais altas, mas também múltiplos pontos de ruptura e menor tolerância térmica superior no desempenho cardíaco, juntamente com um aumento nos níveis de Hsp/Hsc70 e uso de glicogênio em comparação com mexilhões expostos à maré. Mexilhões expostos a regimes térmicos imprevisíveis exibiram desempenho cardíaco e tolerância térmica elevados, suportados por estoques iniciais de glicogênio elevados. A disponibilidade de alimento teve um efeito mínimo no desempenho térmico do mexilhão. Nossos resultados sugerem que organismos entre-marés que experimentam estresse térmico em um habitat de poça de maré podem ser mais suscetíveis a aumentos de temperatura induzidos pelo clima, mas a imprevisibilidade térmica pode ajudar a aumentar a tolerância térmica. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Understanding the role of low tide habitat, thermal predictability, and food availability in shaping the thermal performance of the California mussel: Recent climate change models indicate that there will be an increase in thermal unpredictability and the frequency and intensity of hot days. How thermal unpredictability operates in intertidal low tide habitats with different habitat media, such as tidepool (submerged in water) or tidally exposed (circatidal exposure to air and water) environments is poorly understood, especially when coupled with other important determinants of physiological performance, such as food availability. We examined how acclimation to different levels of thermal predictability with either high or low food availability shapes performance during an acute thermal ramp in the California mussel Mytilus californianus in 2 low tide habitat treatments: tidepool and tidally exposed. Mussels were warmed at a rate of 6.5°C h–1 for 6 h in their respective habitat medium (water or air). Cardiac performance, glycogen, and Hsp/Hsc70 were determined during the heat ramp. We found that low tide habitat was the largest driver for shaping thermal performance. Tidepool mussels exhibited higher maximum heart rates, but also multiple breakpoints and lower upper thermal tolerance in cardiac performance, coupled with an increase in Hsp/Hsc70 levels and glycogen usage in comparison to tidally exposed mussels. Mussels exposed to unpredictable thermal regimes exhibited elevated cardiac performance and thermal tolerance, supported by elevated initial glycogen stores. Food availability had a minimal effect on mussel thermal performance. Our results suggest that intertidal organisms that experience thermal stress in a tidepool habitat may be more susceptible to climate-induced increases in temperature, but thermal unpredictability may aid in increasing thermal tolerance. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Insetos são suscetíveis a temperaturas elevadas, resultando em fertilidade prejudicada e tempo de vida encurtado. Este estudo investigou os mecanismos genéticos subjacentes aos efeitos do estresse térmico. Realizamos sequenciamento de RNA em Pteromalus puparum expostos a 25°C e 35°C, revelando assinaturas transcricionais. A Análise de Rede de Co-expressão Gênica Ponderada descobriu módulos associados ao estresse térmico, formando uma rede regulatória de 113 genes. A rede é naturalmente dividida em dois subgrupos, um ligado ao estresse térmico agudo, incluindo proteínas de choque térmico (HSPs), e outro ao estresse térmico crônico, envolvendo genes de lipogênese. Identificamos um gene Xap5 Regulador de Choque Térmico (XHSR) como um componente crucial da rede, validado através de interferência de RNA e ensaios de PCR quantitativo. O knockdown de XHSR reduziu o tempo de vida das vespas enquanto induziu diretamente HSPs e mediou a indução de genes de lipogênese. O knockout mediado por CRISPR/Cas9 do homólogo de XHSR em Drosophila reduziu a sobrevivência dos mutantes, destacando seu papel conservado. Esta pesquisa esclarece os mecanismos de tolerância térmica, oferecendo aplicações potenciais no controle de pragas em meio ao aquecimento global. © 2023 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Regulatory network in heat stress response in parasitoid wasp focusing on Xap5 heat stress regulator: Insects are susceptible to elevated temperatures, resulting in impaired fertility, and shortened lifespan. This study investigated the genetic mechanisms underlying heat stress effects. We conducted RNA sequencing on Pteromalus puparum exposed to 25°C and 35°C, revealing transcriptional signatures. Weighted Gene Co-expression Network Analysis uncovered heat stress-associated modules, forming a regulatory network of 113 genes. The network is naturally divided into two subgroups, one linked to acute heat stress, including heat shock proteins (HSPs), and the other to chronic heat stress, involving lipogenesis genes. We identified an Xap5 Heat Shock Regulator (XHSR) gene as a crucial network component, validated through RNA interference and quantitative PCR assays. XHSR knockdown reduced wasps’ lifespan while directly inducing HSPs and mediating lipogenesis gene induction. CRISPR/Cas9-mediated knockout of the Drosophila XHSR homolog reduced mutants’ survival, highlighting its conserved role. This research sheds light on thermal tolerance mechanisms, offering potential applications in pest control amid global warming. © 2023 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global levou a um aumento em fenômenos climáticos e meteorológicos extremos, incluindo inundações e ondas de calor. Ondas de calor marinhas têm consequências assustadoras para comunidades bentônicas costeiras ao redor do mundo. Cada espécie exibe uma faixa natural de tolerância térmica e responde a variações de temperatura através de ajustes comportamentais, fisiológicos, bioquímicos e moleculares. Estresse fisiológico levando a doenças e mortalidade em massa aparece quando os limiares de tolerância são excedidos. Espécies sésseis são portanto particularmente afetadas por esses fenômenos. Entre essas espécies sésseis, esponjas marinhas são membros importantes dos ecossistemas de recifes de coral. Para melhor entender a resposta ao estresse térmico de esponjas, testamos a resposta da demospongia Chondrosia reniformis (Nardo, 1847) a três temperaturas diferentes (8 °C, 24 °C e 30 °C) durante dois períodos de exposição (4 e 14 h). Estudos histológicos de partes inteiras da esponja, análises bioquímicas (enzimas de defesa) e níveis de expressão gênica de alguns genes alvo foram realizados neste estudo. A exposição à temperatura fria (8 °C) resultou na inibição de enzimas antioxidantes e menos modificação no nível de expressão gênica das proteínas de choque térmico (HSPs). Estas últimas foram fortemente reguladas positivamente após exposição a uma temperatura de 24 °C por 4 h. Entretanto, exposição a 30 °C em ambos os períodos de tempo resultou em indicação de HSP, enzimas antioxidantes, o gene envolvido no processo de apoptose (Bcl-2: linfoma de células B 2), o gene envolvido na inflamação (TNF: Fator de Necrose Tumoral), bem como o gene da aquaporina, envolvido na permeação de H₂O₂. Além disso, a organização normal do organismo inteiro foi perturbada pela extensão e fusão de câmaras de coanócitos e alteração do pinacoderme. Interessantemente, exposição a temperaturas subletais pode mostrar que esta esponja tem uma temperatura limiar de adaptação. Essas perspectivas sobre os mecanismos de adaptação de esponjas contribuem para melhor manejo e conservação de esponjas e para a previsão de trajetórias de ecossistemas com futuras mudanças climáticas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Insight on thermal stress response of demosponge Chondrosia reniformis (Nardo, 1847): Global warming has led to an increase in extreme weather and climate phenomena, including floods and heatwaves. Marine heatwaves have frightening consequences for coastal benthic communities around the world. Each species exhibits a natural range of thermal tolerance and responds to temperature variations through behavioral, physiological, biochemical, and molecular adjustments. Physiological stress leading to disease and mass mortality appears when tolerance thresholds are exceeded. Sessile species are therefore particularly affected by these phenomena. Among these sessile species, marine sponges are important members of coral reef ecosystems. To better understand the sponge thermal stress response, we tested the response of demosponge Chondrosia reniformis (Nardo, 1847) to three different temperatures (8 °C, 24 °C and 30 °C) during two exposure periods of time (4 and 14 h). Histological studies of whole parts of the sponge, biochemical analyses (Defense enzymes) and gene expression levels of some target genes were undertaken in this study. The exposure to cold temperature (8 °C) resulted in inhibition of antioxidant enzymes and less modification in the gene expression level of the heat shock proteins (HSPs). These latter were strongly upregulated after exposure to a temperature of 24 °C for 4 h. However, exposure to 30 °C at both periods of time resulted in indication of HSP, antioxidant enzymes, the gene involved in the apoptosis process (Bcl-2: B-cell lymphoma 2), the gene involved in inflammation (TNF: Tumor Necrosis Factor), as well as the aquaporin gene, involved in H<inf>2</inf>O<inf>2</inf> permeation. Moreover, the normal organization of the whole organism was disrupted by the extension and fusion of choanocyte chambers and alteration of the pinacoderm. Interestingly, exposure to sublethal temperatures may show that this sponge has an adaptation threshold temperature. These insights into the adaptation mechanisms of sponges contribute to better management and conservation of sponges and to the prediction of ecosystem trajectories with future climate change. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Liriomyza trifolii é uma praga invasora significativa que danifica culturas hortícolas e vegetais. A distribuição de L. trifolii é influenciada pela temperatura, e pesquisas anteriores demonstraram que as variações na adaptabilidade térmica diferem entre populações geográficas do inseto. Proteínas de choque térmico (Hsps) estão envolvidas na adaptação a temperaturas; entretanto, o mecanismo molecular subjacente para a adaptação térmica em diferentes populações de L. trifolii permanece pouco claro. Este estudo examina a adaptabilidade térmica de duas populações de L. trifolii das províncias de Hainan (HN) e Jiangsu (JS). Os resultados indicam que a população HN tem uma taxa de sobrevivência mais alta e um máximo térmico crítico (CTmax) mais elevado do que a população JS sob estresse de alta temperatura. Dados de transcriptoma a 42 °C revelaram que a população JS tem mais genes diferencialmente expressos (DEGs) do que a população HN, enquanto a população HN tem mais DEGs regulados positivamente. As duas populações foram semelhantes na anotação funcional dos DEGs, e um grande número de Hsps foi regulado positivamente. No entanto, a população HN apresentou números maiores e níveis de expressão mais elevados de Hsps durante o estresse térmico em comparação com a população JS. Adicionalmente, os padrões de expressão de Hsps diferencialmente expressos variaram entre as populações HN e JS em resposta a diferentes temperaturas elevadas. Notavelmente, os níveis de transcrição de Hsp70s foram mais altos na população HN em comparação com a população JS, enquanto o nível de expressão de genes que codificam pequenas proteínas de choque térmico foi maior na população JS. Essas descobertas têm valor científico significativo na compreensão do mecanismo subjacente da adaptação à temperatura em L. trifolii e fornecem uma nova perspectiva sobre a distribuição dessa praga invasora. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization of genes encoding heat shock proteins reveals a differential response to temperature in two geographic populations of Liriomyza trifolii (Diptera: Agromyzidae): Liriomyza trifolii is a significant, invasive pest that damages horticultural crops and vegetables. The distribution of L. trifolii is influenced by temperature, and prior research has demonstrated that variations in thermal adaptability differ among geographic populations of the insect. Heat shock proteins (Hsps) are involved in adaptation to temperatures; however, the underlying molecular mechanism for thermal adaption in different L. trifolii populations remains unclear. This study examines the temperature adaptability of two L. trifolii populations from Hainan (HN) and Jiangsu (JS) provinces. The results indicate that the HN population has a higher survival rate and a higher critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>) than the JS population under high temperature stress. Transcriptome data at 42 °C revealed that the JS population has more differentially expressed genes (DEGs) than the HN population, while the HN population has more upregulated DEGs. The two populations were similar in functional annotation of DEGs, and a large number of Hsps were upregulated. However, the HN population had larger numbers and higher expression levels of Hsps during heat stress as compared to the JS population. Additionally, the expression patterns of differentially expressed Hsps varied between the HN and JS populations in response to different elevated temperatures. Notably, the transcription levels of Hsp70s were higher in the HN population as compared to the JS population, while the expression level of genes encoding small heat shock proteins was higher in the JS population. These findings have significant scientific value in understanding the underlying mechanism of temperature adaption in L. trifolii and provide a fresh perspective on the distribution of this invasive pest. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A exposição ao estresse por calor (HS) afeta negativamente o desempenho dos suínos. Este estudo investigou se uma solução fitogênica dietética baseada em Capsicum spp. (PHY) poderia melhorar a tolerância térmica de suínos em crescimento submetidos a estresse por calor. Quarenta e dois suínos alojados individualmente foram distribuídos aleatoriamente em três tratamentos: suínos em condição termoneutra com dieta controle (TN-C) e suínos submetidos a HS alimentados com dieta controle sem (HS-C) ou com suplementação de PHY (HS-PHY). O grupo TN-C apresentou maior ganho de peso médio diário (ADG) e consumo alimentar (FI) em comparação com os grupos HS-C (p < 0,01) e HS-PHY (p < 0,05) e melhor eficiência alimentar apenas em comparação com os suínos HS-C (p < 0,01). No entanto, os suínos HS-PHY apresentaram FI (p < 0,01) e ADG (p < 0,05) significativamente maiores em comparação com os suínos HS-C. Os suínos HS exibiram temperaturas corporais (BTs) mais elevadas que os suínos TN (p < 0,01), ainda assim os suínos HS-PHY experimentaram um aumento menor na BT em comparação com os suínos HS-C (p < 0,05). A suplementação com PHY atenuou alguns efeitos do HS, aumentando a atividade de superóxido dismutase e catalase no soro, reduzindo a expressão de HSP90 no músculo longissimus dorsi e elevando a altura das vilosidades jejunais em comparação com os suínos HS-C (p < 0,05), atingindo níveis semelhantes aos dos suínos TN-C. Adicionalmente, a suplementação com PHY resultou em níveis séricos de ureia mais baixos que os suínos HS-C (p < 0,01) e expressão gênica de miosina similar aos suínos TN-C (p > 0,1), sugerindo utilização pós-absortiva aprimorada de aminoácidos para crescimento de tecido magro. Em conclusão, a suplementação dietética com PHY compensou parcialmente os efeitos adversos do HS no desempenho dos suínos ao melhorar a tolerância térmica. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A Capsaicin-Based Phytogenic Solution Improves Performance and Thermal Tolerance of Heat-Stressed Growing Pigs: Exposure to heat stress (HS) detrimentally affects pig performance. This study explored whether a dietary phytogenic solution based on Capsicum spp. (PHY) could enhance the thermal tolerance of heat-stressed growing pigs. Forty-two individually housed pigs were randomly assigned to three treatments: thermoneutral pigs on a control diet (TN-C) and pigs subjected to HS fed the control diet either without (HS-C) or with supplemental PHY (HS-PHY). The TN-C group exhibited increased average daily gain (ADG) and feed intake (FI) compared to both HS-C (p < 0.01) and HS-PHY pigs (p < 0.05) and better feed efficiency compared to HS-C pigs only (p < 0.01). However, the HS-PHY pigs showed significantly higher FI (p < 0.01) and ADG (p < 0.05) compared to HS-C pigs. HS pigs displayed higher body temperatures (BTs) than TN pigs (p < 0.01), yet HS-PHY pigs experienced a lesser increase in BT compared to HS-C pigs (p < 0.05). Supplementation with PHY mitigated some effects of HS, increasing serum superoxide dismutase and catalase activity, reducing HSP90 expression in longissimus dorsi muscle, and elevating jejunal villus height compared to HS-C pigs (p < 0.05), reaching levels akin to TN-C pigs. Additionally, PHY supplementation resulted in lower serum urea levels than HS-C pigs (p < 0.01) and similar myosin gene expression to TN-C pigs (p > 0.1), suggesting enhanced amino acid post-absorptive utilization for lean tissue growth. In conclusion, dietary PHY supplementation partially offset the adverse effects of HS on pig performance by improving thermal tolerance. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Pensa-se que os ectotérmicos tropicais são especialmente vulneráveis às mudanças climáticas porque evoluíram em ambientes térmicos temporalmente estáveis e, portanto, têm tolerância diminuída à variabilidade térmica. Assim, espera-se que tenham faixas estreitas de tolerância térmica, vivam próximos de seus limites superiores de tolerância térmica e tenham capacidade diminuída de aclimatação térmica. Embora os modelos frequentemente prevejam que os ectotérmicos de florestas tropicais são especialmente vulneráveis a mudanças ambientais rápidas, esses modelos raramente incluem o potencial de plasticidade de características relevantes. Medimos a plasticidade fenotípica da tolerância térmica e da preferência térmica, bem como a plasticidade do transcriptoma multitecidual em resposta a temperaturas mais quentes em uma espécie que trabalhos anteriores sugeriram ser altamente vulnerável ao aquecimento climático, o lagarto anolis esbelto do Panamá (Anolis apletophallus). Descobrimos que muitos genes, incluindo proteínas de choque térmico, foram diferencialmente expressos entre os tecidos em resposta ao aquecimento de curto prazo. Sob aquecimento de longo prazo, as temperaturas máximas voluntárias dos lagartos também aumentaram, embora a preferência térmica tenha exibido apenas plasticidade limitada. Usando esses dados, modelamos mudanças no tempo de atividade dos anolis esbeltos até o final do século sob mudanças climáticas e descobrimos que a plasticidade deve atrasar os declínios no tempo de atividade por pelo menos duas décadas. Nossos resultados sugerem que os anolis esbeltos, e possivelmente outros ectotérmicos tropicais, podem alterar a expressão de genes e fenótipos ao responder a temperaturas ambientais em mudança e que a plasticidade deve ser considerada ao prever o futuro dos organismos sob um clima em mudança. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Plasticity of Gene Expression and Thermal Tolerance: Implications for Climate Change Vulnerability in a Tropical Forest Lizard: Tropical ectotherms are thought to be especially vulnerable to climate change because they have evolved in temporally stable thermal environments and therefore have decreased tolerance for thermal variability. Thus, they are expected to have narrow thermal tolerance ranges, live close to their upper thermal tolerance limits, and have decreased thermal acclimation capacity. Although models often predict that tropical forest ectotherms are especially vulnerable to rapid environmental shifts, these models rarely include the potential for plasticity of relevant traits. We measured phenotypic plasticity of thermal tolerance and thermal preference as well as multitissue transcriptome plasticity in response to warmer temperatures in a species that previous work has suggested is highly vulnerable to climate warming, the Panamanian slender anole lizard (Anolis apletophallus). We found that many genes, including heat shock proteins, were differentially expressed across tissues in response to short-term warming. Under long-term warming, the voluntary thermal maxima of lizards also increased, although thermal preference exhibited only limited plasticity. Using these data, we modeled changes in the activity time of slender anoles through the end of the century under climate change and found that plasticity should delay declines in activity time by at least two decades. Our results suggest that slender anoles, and possibly other tropical ectotherms, can alter the expression of genes and phenotypes when responding to shifting environmental temperatures and that plasticity should be considered when predicting the future of organisms under a changing climate. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica é um traço complexo fisiológico fundamental para a sobrevivência de muitas espécies. Por exemplo, tarefas cotidianas como forrageamento, encontrar um parceiro e evitar predação são altamente dependentes de quão bem um organismo pode tolerar temperaturas extremas. Compreender a arquitetura geral das variantes naturais dentro dos genes que controlam esse traço é de grande importância se quisermos compreender melhor a fisiologia térmica. Aqui, adotamos uma abordagem multifacetada para dissecar ainda mais a arquitetura genética que controla a tolerância térmica em populações naturais usando o Recurso de População Sintética de Drosophila como sistema modelo. Primeiro, usamos genética quantitativa e mapeamento de Locos de Características Quantitativas para identificar regiões de grande efeito dentro do genoma que influenciam a tolerância térmica, depois integramos sequenciamento de RNA para identificar diferenças na expressão gênica e, por último, usamos o sistema de RNAi para (1) alterar a expressão gênica específica de tecido e (2) validar funcionalmente nossas descobertas. Esta poderosa integração de abordagens não apenas permite a identificação da base genética da tolerância térmica, mas também a fisiologia da tolerância térmica em uma população natural, o que finalmente elucida a tolerância térmica através de uma lente associada à aptidão. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Naturally segregating genetic variants contribute to thermal tolerance in a Drosophila melanogaster model system: Thermal tolerance is a fundamental physiological complex trait for survival in many species. For example, everyday tasks such as foraging, finding a mate, and avoiding predation are highly dependent on how well an organism can tolerate extreme temperatures. Understanding the general architecture of the natural variants within the genes that control this trait is of high importance if we want to better comprehend thermal physiology. Here, we take a multipronged approach to further dissect the genetic architecture that controls thermal tolerance in natural populations using the Drosophila Synthetic Population Resource as a model system. First, we used quantitative genetics and Quantitative Trait Loci mapping to identify major effect regions within the genome that influences thermal tolerance, then integrated RNA-sequencing to identify differences in gene expression, and lastly, we used the RNAi system to (1) alter tissue-specific gene expression and (2) functionally validate our findings. This powerful integration of approaches not only allows for the identification of the genetic basis of thermal tolerance but also the physiology of thermal tolerance in a natural population, which ultimately elucidates thermal tolerance through a fitness-associated lens. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Temperatura e mineralização estão entre os fatores ambientais mais importantes que afetam todos os processos dos ecossistemas aquáticos, incluindo a distribuição geográfica de animais aquáticos. Anteriormente mostramos que uma população de água salobra de Gammarus lacustris, um anfípode amplamente distribuído, demonstra termotolerância substancialmente maior do que uma população de água doce. Uma possível razão para esta diferença é o fato de que as condições de água salobra estão mais próximas da mineralização do meio interno. Aqui objetivamos testar esta hipótese e relacionar os efeitos observados na sobrevivência animal sob choque térmico com o status dos sistemas de defesa celular. Aclimatamos quatro grupos de anfípodes da mesma população de água doce a 0,5 ‰ e 15 ‰ nas temperaturas de 6°C ou 15°C. A aclimatação a 6°C, mas não a 15°C, a 15 ‰ aumentou significativamente a resistência dos anfípodes ao choque térmico a 30°C. A 6°C as atividades de enzimas antioxidantes e os níveis dos produtos de peroxidação lipídica em G. lacustris não reagiram ao aumento na mineralização e ao choque térmico, enquanto o nível de HSP70 elevou-se duas vezes em anfípodes aclimatados à mineralização de 15 ‰ comparado aos animais aclimatados a 0,5 ‰. Assim, o aumento observado na termotolerância pode ser explicado pelo maior nível inicial de HSP70 e potencialmente outras proteínas de choque térmico causado por um nível menos demandante de energia e mais isotônico. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of a freshwater amphipod Gammarus lacustris can be enhanced by acclimation to higher mineralization: Temperature and mineralization are among the most important environmental factors affecting all processes of aquatic ecosystems, including geographical distribution of water animals. Previously we showed that a brackish water population of Gammarus lacustris, a widespread amphipod, demonstrates substantially higher thermotolerance than a freshwater population. A possible reason for this difference is the fact that brackish water conditions are closer to internal media mineralization. Here we aimed to test this hypothesis and relate the observed effects in animal survival under the heat shock to the status of cellular defence systems. We acclimated four groups of amphipods from the same freshwater population to 0.5 ‰ and 15 ‰ at the temperatures of 6°С or 15°С. Acclimation at 6°С, but not at 15°С, to 15 ‰ significantly increased resistance of the amphipods to heat shock at 30°C. At 6°С activities of antioxidant enzymes and levels of the lipid peroxidation products in G. lacustris did not react to the increase in mineralization and the heat shock, while the level of HSP70 elevated two-fold in amphipods acclimated to mineralization of 15 ‰ compared to animals acclimated to 0.5 ‰. Thus, the observed increase in thermotolerance could be explained by the higher initial level of HSP70 and potentially other heat shock proteins caused by a less energy-demanding, more isotonic level. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Liriomyza trifolii é uma praga invasora significativa que ataca culturas hortícolas e vegetais, causando surtos em larga escala caracterizados por pronunciada termotolerância e resistência a inseticidas. Este estudo examinou o impacto da seleção de longo prazo para resistência a abamectina durante a fase larval de L. trifolii em sua dinâmica populacional e tolerância térmica. Realizamos uma comparação abrangente entre a linhagem resistente à abamectina (AB-R) e a linhagem suscetível (S), incluindo análise de tabela de vida idade-estágio e dois sexos, preferência térmica (Tpref), temperatura crítica máxima (CTmax), tempos de knockdown por calor (HKDTs), taxas de eclosão e sobrevivência, e expressão de LtHsp sob estresse térmico. Nossos resultados mostraram que, embora a seleção para resistência a abamectina tenha sido prejudicial à sobrevivência e reprodução, ela ativou mecanismos de autodefesa e ajustes adaptativos rápidos e conferiu moderada tolerância térmica, o que sugere uma natureza dupla dos efeitos de inseticidas. A linhagem AB-R exibiu preferência térmica e valores de CTmax significativamente maiores, juntamente com HKDT mais longo e sobrevivência melhorada. Além disso, houve uma regulação positiva significativa da expressão de LtHsp na linhagem AB-R em comparação com a linhagem S. Esses achados indicam que a evolução da adaptação térmica foi acompanhada pelo desenvolvimento de resistência à abamectina, enfatizando a necessidade de considerar os efeitos da temperatura ao aplicar o controle químico. Nosso estudo fornece insights valiosos sobre como a aclimatação fisiológica pode ajudar a mitigar os efeitos tóxicos de inseticidas e ilustra como os insetos respondem a múltiplas pressões ambientais. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Life Table Study of Liriomyza trifolii and Its Contribution to Thermotolerance: Responding to Long-Term Selection Pressure for Abamectin Resistance: Liriomyza trifolii is a significant invasive pest that targets horticultural and vegetable crops, causing large-scale outbreaks characterized by pronounced thermotolerance and insecticide resistance. This study examined the impact of long-term selection for abamectin resistance during the larval stage of L. trifolii on its population dynamics and thermal tolerance. We conducted a comprehensive comparison between the abamectin-resistant strain (AB-R) and the susceptible strain (S), including age-stage, two-sex life table analysis, thermal preference (T<inf>pref</inf>), critical thermal maximum (CT<inf>max</inf>), heat knockdown times (HKDTs), eclosion and survival rates, and LtHsp expression under heat stress. Our results showed that while selection for abamectin resistance was detrimental to survival and reproduction, it activated self-defense mechanisms and rapid adaptive adjustments and conferred modest thermal tolerance, which suggests a dual nature of insecticide effects. The AB-R strain exhibited significantly higher thermal preference and CT<inf>max</inf> values, along with a longer HKDT and improved survival. Additionally, there was a significant upregulation of LtHsp expression in the AB-R strain compared to the S strain. These findings indicate that the evolution of thermal adaptation was accompanied by abamectin resistance development, emphasizing the necessity of considering temperature effects when applying chemical control. Our study provides valuable insights into how physiological acclimation may help mitigate the toxic effects of insecticides and illustrate how insects respond to multiple environmental pressures. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O caranguejo-peludo-chinês (Eriocheir sinensis), um crustáceo economicamente importante que é endêmico da China, tem recentemente experimentado estresse por alta temperatura. A alta tolerância térmica de E. sinensis aponta para seu potencial em ser altamente produtivo em um contexto aquícola. No entanto, os mecanismos subjacentes à sua alta tolerância térmica permanecem desconhecidos. Neste estudo, fêmeas de E. sinensis expostas ao calor por 24 h a 38,5 °C e 33 °C foram identificadas como grupos sob estresse por alta temperatura (HS) e estresse por temperatura normal (NS), respectivamente. O hepatopâncreas de E. sinensis dos grupos HS e NS foi utilizado para análises de transcriptoma e proteômica. Um total de 2350 genes diferencialmente expressos (DEGs) regulados positivamente e 1081 regulados negativamente foram identificados entre os grupos HS e NS. Além disso, 126 proteínas diferencialmente expressas (DEPs) foram reguladas positivamente e 35 foram reguladas negativamente nos dois grupos. Uma análise integrada mostrou que 2641 genes identificados foram correlacionados com suas proteínas correspondentes, incluindo 25 genes que foram significativamente diferencialmente expressos entre os dois níveis ômicos. Dez termos de Ontologia Gênica foram enriquecidos nos DEGs e DEPs. Uma análise funcional revelou três vias comuns que foram significativamente enriquecidas tanto em DEGs quanto em DEPs: estresse de cisalhamento do fluido e aterosclerose, migração transendotelial de leucócitos e síntese de hormônio tireoidiano. Uma análise adicional das vias comuns mostrou que MGST1, Act5C, HSP90AB1 e mys foram genes sobrepostos nos níveis de transcriptoma e proteoma. Estes resultados demonstram as diferenças entre os grupos HS e NS nos dois níveis ômicos e serão úteis para esclarecer os mecanismos subjacentes à tolerância térmica de E. sinensis. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Integrative Analysis of Hepatopancreas Transcriptome and Proteome in Female Eriocheir sinensis under Thermal Stress: The Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis), an economically important crustacean that is endemic to China, has recently experienced high-temperature stress. The high thermal tolerance of E. sinensis points to its promise in being highly productive in an aquacultural context. However, the mechanisms underlying its high thermal tolerance remain unknown. In this study, female E. sinensis that were heat exposed for 24 h at 38.5 °C and 33 °C were identified as high-temperature-stressed (HS) and normal-temperature-stressed (NS) groups, respectively. The hepatopancreas of E. sinensis from the HS and NS groups were used for transcriptome and proteomic analyses. A total of 2350 upregulated and 1081 downregulated differentially expressed genes (DEGs) were identified between the HS and NS groups. In addition, 126 differentially expressed proteins (DEPs) were upregulated and 35 were downregulated in the two groups. An integrated analysis showed that 2641 identified genes were correlated with their corresponding proteins, including 25 genes that were significantly differentially expressed between the two omics levels. Ten Gene Ontology terms were enriched in the DEGs and DEPs. A functional analysis revealed three common pathways that were significantly enriched in both DEGs and DEPs: fluid shear stress and atherosclerosis, leukocyte transendothelial migration, and thyroid hormone synthesis. Further analysis of the common pathways showed that MGST1, Act5C, HSP90AB1, and mys were overlapping genes at the transcriptome and proteome levels. These results demonstrate the differences between the HS and NS groups at the two omics levels and will be helpful in clarifying the mechanisms underlying the thermal tolerance of E. sinensis. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A disrupção da barreira endotelial desempenha um papel fundamental na fisiopatologia do golpe de calor (HS). A eliminação de DNAJA1 (DNAJA1-KO) é considerada protetora contra HS com base em um experimento de triagem genômica CRISPR-Cas9. O presente estudo teve como objetivo ilustrar a função de DNAJA1-KO contra HS em células endoteliais de veia umbilical humana. Células DNAJA1-KO foram infectadas usando lentivírus para investigar o papel de DNAJA1-KO na disrupção da barreira endotelial induzida por HS. Demonstrou-se que DNAJA1-KO poderia melhorar a diminuição da viabilidade celular e o aumento do dano celular, de acordo com os resultados dos ensaios Cell Counting Kit-8 e lactato desidrogenase. Além disso, a apoptose de células endoteliais induzida por HS foi inibida por DNAJA1-KO, conforme indicado pela coloração Annexina V-FITC/PI e expressão de caspase-3 clivada usando citometria de fluxo e western blotting, respectivamente. Ademais, a função da barreira endotelial, medida pela resistência elétrica transepitelial e FITC-Dextran, foi mantida durante HS. Não foi encontrado efeito significativo de DNAJA1-KO na expressão e distribuição de proteínas de junção celular sob condições normais sem HS. No entanto, DNAJA1-KO poderia proteger efetivamente a diminuição induzida por HS na expressão e distribuição de proteínas de junção celular, incluindo zonula occludens-1, claudina-5, molécula de adesão juncional A e ocludina. Um total de 4.394 proteínas foram identificadas usando análise proteômica, das quais 102 proteínas diferencialmente expressas (DEPs) foram ativadas em células do tipo selvagem induzidas por HS e inibidas por DNAJA1-KO. DEPs foram investigadas por análise de enriquecimento, que demonstrou enriquecimento significativo na 'via de sinalização do cálcio' e associações com a regulação da barreira vascular. Além disso, a 'via de sinalização da quinase da cadeia leve de miosina (MLCK)-MLC' foi comprovada como ativada por HS e inibida por DNAJA1-KO, conforme esperado. Ademais, camundongos DNAJA1-KO e um modelo de camundongo com HS foram estabelecidos para demonstrar os efeitos protetores na barreira endotelial in vivo. Em conclusão, os resultados do presente estudo sugeriram que DNAJA1-KO atenua a disrupção da barreira endotelial induzida por HS através da melhoria da tolerância térmica e supressão da via de sinalização MLCK-MLC. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

DNAJA1‑knockout alleviates heat stroke‑induced endothelial barrier disruption via improving thermal tolerance and suppressing the MLCK‑MLC signaling pathway: Endothelial barrier disruption plays a key role in the pathophysiology of heat stroke (HS). Knockout of DNAJA1 (DNAJA1‑KO) is thought to be protective against HS based on a genome‑wide CRISPR‑Cas9 screen experiment. The present study aimed to illustrate the function of DNAJA1‑KO against HS in human umbilical vein endothelial cells. DNAJA1‑KO cells were infected using a lentivirus to investigate the role of DNAJA1‑KO in HS‑induced endothelial barrier disruption. It was shown that DNAJA1‑KO could ameliorate decreased cell viability and increased cell injury, according to the results of Cell Counting Kit‑8 and lactate dehydrogenase assays. Moreover, HS‑induced endothelial cell apoptosis was inhib‑ ited by DNAJA1‑KO, as indicated by Annexin V‑FITC/PI staining and cleaved‑caspase‑3 expression using flow cytom‑ etry and western blotting, respectively. Furthermore, the endothelial barrier function, as measured by transepithelial electrical resistance and FITC‑Dextran, was sustained during HS. DNAJA1‑KO was not found to have a significant effect on the expression and distribution of cell junction proteins under normal conditions without HS. However, DNAJA1‑KO could effectively protect the HS‑induced decrease in the expression and distribution of cell junction proteins, including zonula occludens‑1, claudin‑5, junctional adhesion molecule A and occludin. A total of 4,394 proteins were identified using proteomic analysis, of which 102 differentially expressed proteins (DEPs) were activated in HS‑induced wild‑type cells and inhibited by DNAJA1‑KO. DEPs were investigated by enrichment analysis, which demonstrated significant enrich‑ ment in the ‘calcium signaling pathway’ and associations with vascular‑barrier regulation. Furthermore, the ‘myosin light‑chain kinase (MLCK)‑MLC signaling pathway’ was proven to be activated by HS and inhibited by DNAJA1‑KO, as expected. Moreover, DNAJA1‑KO mice and a HS mouse model were established to demonstrate the protective effects on endothelial barrier in vivo. In conclusion, the results of the present study suggested that DNAJA1‑KO alleviates HS‑induced endothelial barrier disruption by improving thermal tolerance and suppressing the MLCK‑MLC signaling pathway. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Afetado pelo aumento contínuo da temperatura, o estresse térmico leva a uma taxa de crescimento desvinculada e resistência ao estresse em achigãs (Micropterus salmoides, LMB) cultivados na China. A identificação de LMB com melhor resistência térmica beneficiará o melhoramento de novas variedades. No entanto, tem havido relatos limitados sobre a avaliação para identificar LMB com melhor resistência térmica. O LMB consiste no LMB do norte (Micropterus salmoides salmoides, NLMB) e no LMB da Flórida (Micropterus salmoides floridanus, FLMB). Devido às suas diferentes distribuições geográficas, sugere-se que o FLMB exibe melhor resistência térmica em comparação com o NLMB. Neste estudo, NLMB e FLMB foram submetidos a estresse térmico por 3 h (agudo) e 60 d (crônico) a 33 °C, respectivamente. Posteriormente, as variações de 12 biomarcadores candidatos entre NLMB e FLMB foram analisadas. A exposição ao estresse térmico agudo aumentou significativamente os níveis de cortisol plasmático, glicose sanguínea e lactato; atividades de superóxido dismutase (SOD), glutationa peroxidase (GPX), catalase (CAT), glicoquinase (GK), piruvato quinase (PK), lactato desidrogenase (LDH) e glicose 6 fosfatase (G6Pase); e as expressões de hsp70 e hsp90 em ambos NLMB e FLMB (p < 0,05). Comparado ao NLMB, o FLMB exibiu um nível mais baixo de cortisol plasmático e uma expressão mais alta de hsp90 sob estresse térmico agudo (p < 0,05). A exposição ao estresse térmico crônico aumentou significativamente os níveis de cortisol plasmático e glicose sanguínea, bem como as atividades de GK, PK, LDH e G6Pase, além das expressões de hsp70 e hsp90 em ambos NLMB e FLMB (p < 0,05). Além disso, o FLMB mostrou uma expressão mais baixa de hsp70 em comparação ao NLMB (p < 0,05). Em conclusão, nossos resultados mostraram que LMB com nível mais baixo de cortisol plasmático e expressão mais alta de hsp90 sob estresse térmico agudo, bem como expressão mais baixa de hsp70 sob estresse térmico crônico foram sugeridos como tendo melhor resistência térmica. Nosso estudo fornece informações valiosas para identificar e criar variedades de LMB com melhor resistência térmica no futuro. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Screening and Identification of the Biomarkers Applied for the Evaluation of Acute and Chronic Thermal Tolerance Ability in Largemouth Bass (Micropterus salmoides): Affected by the continuously rising temperature, thermal stress leads to a delinked growth rate and resistance to stress in cultured largemouth bass (Micropterus salmoides, LMB) in China. Identification of LMB with better thermal resistance will benefit the breeding of new varieties. However, there has been limited reporting on the evaluation to identify LMB with better thermal resistance. LMB consists of the northern LMB (Micropterus salmoides salmoides, NLMB) and the Florida LMB (Micropterus salmoides floridanus, FLMB). Due to their different geographical distributions, it has been suggested that FLMB exhibit better thermal resistance compared to NLMB. In this study, NLMB and FLMB were subjected to thermal stress for 3 h (acute) and 60 d (chronic) at 33 °C, respectively. Subsequently, the variations of 12 candidate biomarkers between NLMB and FLMB were analyzed. Exposure to acute thermal stress significantly increased plasma cortisol, blood glucose, and lactate levels; activities of superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPX), catalase (CAT), glucose kinase (GK), pyruvate kinase (PK), lactate dehydrogenase (LDH), and glucose 6 phosphatase (G6Pase); and the expressions of hsp70 and hsp90 in both NLMB and FLMB (p < 0.05). Compared to NLMB, FLMB exhibited a lower plasma cortisol level and a higher expression of hsp90 under acute thermal stress (p < 0.05). Exposure to chronic thermal stress significantly increased plasma cortisol and blood glucose levels, as well as activities of GK, PK, LDH, and G6Pase, as well as expressions of hsp70 and hsp90 in both NLMB and FLMB (p < 0.05). Additionally, FLMB showed a lower expression of hsp70 compared to NLMB (p < 0.05). In conclusion, our results showed that LMB with lower plasma cortisol level and higher expression of hsp90 under acute thermal stress, as well as lower expression of hsp70 under chronic thermal stress were suggested to have better thermal resistance. Our study provides valuable information for identifying and breeding LMB varieties with better thermal resistance in the future. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global tem efeitos profundos nas condições de vida e no metabolismo dos organismos, incluindo peixes. A taxa metabólica dos peixes aumenta à medida que a temperatura aumenta dentro de sua faixa de tolerância térmica. Mudanças de temperatura podem desencadear uma série de reações fisiológicas, incluindo a ativação do eixo de estresse e a produção de HSPs. Sob condições de estresse, as HSPs desempenham um papel crucial nos sistemas antioxidantes, respostas imunes e ativação enzimática. Este estudo examinou os efeitos de produtos de choque térmico (HSPs) em peixes sob estresse térmico. Vários indutores de HSP (HSPis), incluindo Pro-Tex®, amigdalina e novos compostos sintéticos derivados de pirano piranazol (SZ, MZ, HN-P1 e HN-P2), foram avaliados em células isoladas de esturjão sterlet (Acipenser ruthenus) tratadas com mudanças de temperatura (18, 22 e 26 °C). Células do fígado, rim e brânquias foram cultivadas in vitro na presença e ausência de estresse térmico e tratadas com compostos HSPi. Para avaliar os padrões de expressão de HSP27, HSP70 e HSP90, foi utilizado Western blotting. Os tratamentos com HSPis e HSPi + estresse térmico afetaram a capacidade antioxidante e parâmetros imunes, entre outras atividades enzimáticas. Os resultados mostraram que os compostos HSPi aumentam a sobrevivência celular in vitro, modulam positivamente a expressão de HSP e os níveis antioxidantes, e diminuem os parâmetros imunes. HSPi pode aumentar a tolerância de A. ruthenus ao estresse térmico. Além disso, os resultados indicam que esses compostos podem reverter efeitos adversos da temperatura. Mais pesquisas são necessárias para determinar como esses fatores ecológicos afetam a saúde das espécies de peixes in vivo e em combinação com outros estressores. Resumo gráfico: (Figura apresentada). © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of HSP inducers on the gene expression of Heat Shock Proteins (HSPs) in cells extracted from sterlet sturgeon under temperature stress with antioxidant and immunity responses: Global warming has profound effects on the living conditions and metabolism of organisms, including fish. The metabolic rate of fish increases as the temperature increases within its thermal tolerance range. Temperature changes can trigger a range of physiological reactions, including the activation of the stress axis and the production of HSPs. Under stress conditions, HSPs play a crucial role in antioxidant systems, immune responses, and enzyme activation. This study examined the effects of heat shock products (HSPs) on fish under temperature stress. Various HSP inducers (HSPis), including Pro-Tex®, amygdalin, and novel synthetic compounds derived from pirano piranazole (SZ, MZ, HN-P1, and HN-P2), were evaluated in isolated cells of sterlet sturgeon (Acipenser ruthenus) treated with temperature changes (18, 22, and 26 °C). Cells from the liver, kidney, and gills were cultured in vitro in the presence and absence of temperature stress and treated with HSPi compounds. To assess HSP27, HSP70, and HSP90 expression patterns, Western blotting was used. The HSPis and HSPi + temperature stress treatments affected the antioxidant capacity and immune parameters, among other enzyme activities. The results showed that HSPi compounds increase cell survival in vitro, positively modulate HSP expression and antioxidant levels, and decrease immune parameters. HSPi can increase A. ruthenus tolerance to temperature stress. In addition, the results indicate that these compounds can reverse adverse temperature effects. Further research is needed to determine how these ecological factors affect fish species' health in vivo and in combination with other stressors. Graphical abstract: (Figure presented.). © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A vieira é uma espécie euritérmica com alto valor econômico e atualmente representa a espécie de bivalve mais cultivada na China. Duas subespécies da vieira, a subespécie norte Argopecten irradians irradians população coreana (KK) e a subespécie sul Argopecten irradians concentricus (MM), exibiram adaptações distintas ao estresse térmico. No entanto, o mecanismo molecular de resistência ao calor das duas subespécies permanece pouco claro. Neste estudo, comparamos as respostas transcricionais das duas subespécies ao estresse térmico e identificamos os genes diferencialmente expressos (DEGs) e vias envolvidas. Mais DEGs foram encontrados na KK do que na MM quando expostas a altas temperaturas, indicando maior sensibilidade ao estresse térmico na KK. A análise de enriquecimento sugere que as vieiras KK podem responder ao estresse térmico mais rapidamente através da regulação da atividade de GTPase. Enquanto isso, as vieiras MM exibiram maior resistência ao estresse térmico principalmente pela ativação eficaz de seu sistema antioxidante. Proteínas chaperonas podem desempenhar papéis diferentes nas respostas ao estresse térmico nas duas subespécies. Em ambas as subespécies, os níveis de expressão de antioxidantes como GST aumentaram significativamente; o processo de glicólise regulado por PC e PCK1 foi bastante intensificado; e tanto os sistemas apoptóticos quanto anti-apoptóticos foram significativamente ativados. As vias relacionadas à tradução e hidrólise de proteínas, atividade de oxidoredutase, metabolismo de ácidos orgânicos e apoptose celular também podem desempenhar papéis fundamentais nas respostas ao estresse térmico. Os resultados deste estudo podem fornecer uma base teórica para o melhoramento assistido por marcadores de linhagens resistentes ao calor. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcriptomic profiling of the thermal tolerance in two subspecies of the bay scallop Argopecten irradians: The bay scallop is a eurythermal species with high economic value and now represents the most cultured bivalve species in China. Two subspecies of the bay scallop, the northern subspecies Argopecten irradians irradians Korean population (KK) and the southern subspecies Argopecten irradians concentricus (MM), exhibited distinct adaptations to heat stress. However, the molecular mechanism of heat resistance of the two subspecies remains unclear. In this study, we compared the transcriptomic responses of the two subspecies to heat stress and identified the involved differentially expressed genes (DEGs) and pathways. More DEGs were found in the KK than in the MM when exposed to high temperatures, indicating elevated sensitivity to thermal stress in the KK. Enrichment analysis suggests that KK scallops may respond to heat stress more swiftly by regulating GTPase activity. Meanwhile, MM scallops exhibited higher resistance to heat stress mainly by effective activation of their antioxidant system. Chaperone proteins may play different roles in responses to heat stress in the two subspecies. In both subspecies, the expression levels of antioxidants such as GST were significantly increased; the glycolysis process regulated by PC and PCK1 was greatly intensified; and both apoptotic and anti-apoptotic systems were significantly activated. The pathways related to protein translation and hydrolysis, oxidoreductase activity, organic acid metabolism, and cell apoptosis may also play pivotal roles in the responses to heat stress. The results of this study may provide a theoretical basis for marker-assisted breeding of heat-resistant strains. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Recentemente, o aumento das temperaturas da água do mar tem causado diversos efeitos adversos, incluindo mortalidade significativa entre bivalves. O molusco Mulinia lateralis é considerado uma espécie modelo valiosa para pesquisas com bivalves devido ao seu crescimento rápido e tempo de geração curto. O cultivo bem-sucedido em ambiente laboratorial durante todo seu ciclo de vida o torna um candidato ideal para explorar os mecanismos potenciais subjacentes às respostas dos bivalves ao estresse térmico. Neste estudo, um total de 600 moluscos foi submetido a um experimento de estresse térmico de 17 dias a uma temperatura de 30 °C, que é a temperatura semi-letal para esta espécie. Noventa indivíduos que pereceram inicialmente foram classificados como população sensível ao calor (HSP), enquanto 89 indivíduos que sobreviveram ao experimento foram classificados como população tolerante ao calor (HTP). Subsequentemente, 179 indivíduos foram sequenciados e 21.292 polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs) foram genotipados para análise posterior. A estimativa de herdabilidade para o status de sobrevivência foi de 0,375 ± 0,127, sugerindo uma base genética para a característica de tolerância térmica. Além disso, um estudo de associação genômica ampla (GWAS) identificou três SNPs e 10 genes candidatos associados à característica de tolerância térmica em M. lateralis. Estes genes candidatos estavam envolvidos na via de sinalização ETHR/EHF e desempenharam papel fundamental na sensação de sinal, adesão celular, estresse oxidativo, reparo de danos ao DNA, etc. Adicionalmente, resultados de qPCR indicaram que, excluindo os genes MGAT4A, ZAN e RFC1, todos os demais exibiram expressão significativamente maior no HTP (p < 0,05), destacando o envolvimento crítico da via de sinalização ETHR/EHF na tolerância térmica de M. lateralis. Estes resultados revelam a presença de variações genéticas existentes associadas à tolerância térmica em M. lateralis, destacando o papel regulador da via de sinalização ETHR/EHF na resposta do bivalve ao estresse térmico, o que contribui para a compreensão da base genética da tolerância térmica em bivalves. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genome-wide association analysis reveals the genetic basis of thermal tolerance in dwarf surf clam Mulinia lateralis: Recently, elevated seawater temperatures have resulted numerous adverse effects, including significant mortality among bivalves. The dwarf surf clam, Mulinia lateralis, is considered a valuable model species for bivalve research due to its rapid growth and short generation time. The successful cultivation in laboratory setting throughout its entire life cycle makes it an ideal candidate for exploring the potential mechanisms underlying bivalve responses to thermal stress. In this study, a total of 600 clams were subjected to a 17-day thermal stress experiment at a temperature of 30 °C which is the semi-lethal temperature for this species. Ninety individuals who perished initially were classified as heat-sensitive populations (HSP), while 89 individuals who survived the experiment were classified as heat-tolerant populations (HTP). Subsequently, 179 individuals were then sequenced, and 21,292 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were genotyped for downstream analysis. The heritability estimate for survival status was found to be 0.375 ± 0.127 suggesting a genetic basis for thermal tolerance trait. Furthermore, a genome-wide association study (GWAS) identified three SNPs and 10 candidate genes associated with thermal tolerance trait in M. lateralis. These candidate genes were involved in the ETHR/EHF signaling pathway and played pivotal role in signal sensory, cell adhesion, oxidative stress, DNA damage repair, etc. Additionally, qPCR results indicated that, excluding MGAT4A, ZAN, and RFC1 genes, all others exhibited significantly higher expression in the HTP (p < 0.05), underscoring the critical involvement of the ETHR/EHF signaling pathway in M. lateralis' thermal tolerance. These results unveil the presence of standing genetic variations associated with thermal tolerance in M. lateralis, highlighting the regulatory role of the ETHR/EHF signaling pathway in the bivalve's response to thermal stress, which contribute to comprehension of the genetic basis of thermal tolerance in bivalves. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A criação de gado é um negócio lucrativo que opera globalmente, mas enfrenta muitos obstáculos, como o estresse térmico, que resulta em perdas monetárias substanciais. Um papel vital das proteínas de choque térmico (HSPs) é proteger as células de danos celulares. HSP90 é um gene altamente prevalente e extremamente adaptável ligado à resiliência fisiológica no estresse térmico. Este estudo teve como objetivo encontrar polimorfismos genéticos do gene HSP90AA1 em gado Karan Fries e explorar sua relação com a tolerância térmica e características produtivas. Um SNP (g.3292 A > C) foi encontrado no íntron 8 e três loci SNPs (g.4776 A > G, g.5218T > C e g.5224 A > C) foram encontrados no éxon 11 de 100 vacas Karan Fries multíparas. O estudo de associação demonstrou que o SNP1-g.3292 A > C estava significativamente (P < 0,01) ligado às variáveis frequência respiratória (RR), coeficiente de tolerância ao calor (HTC) e produção total de leite (TMY (kg)). Não foi identificada correlação significativa entre qualquer um dos outros locais SNP (SNP2-g.4776 A > G; SNP3-g.5218T > C; SNP4-g.5224 A > C) com os atributos de tolerância ao calor e produção no gado Karan Fries. Os programas Haploview 4.2 e SHEsis foram utilizados para analisar o desequilíbrio de ligação pareado e construir haplótipos para HSP90AA1. Estudos de associação indicaram que o Hap3 (CATA) foi benéfico para o melhoramento da tolerância ao calor no gado Karan Fries. Em conclusão, polimorfismos genéticos e haplótipos no HSP90AA1 foram associados a atributos de resistência térmica. Esta relação pode ser utilizada como um SNP benéfico ou marcador Hap para seleção genética de resistência ao calor em plataformas de criação de gado. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Association analysis of HSP90AA1 polymorphism with thermotolerance in tropically adapted Indian crossbred cattle: Raising cattle is a lucrative business that operates globally but is confronted by many obstacles, such as thermal stress, which results in substantial monetary losses. A vital role of heat shock proteins (HSPs) is to protect cells from cellular damage. HSP90 is a highly prevalent, extremely adaptable gene linked to physiological resilience in thermal stress. This study aimed to find genetic polymorphisms of the HSP90AA1 gene in Karan Fries cattle and explore their relationship to thermal tolerance and production traits. One SNP (g.3292 A > C) was found in the Intron 8 and three SNPs loci (g.4776 A > G, g.5218T > C and g.5224 A > C) were found in the exon 11 of 100 multiparous Karan Fries cattle. The association study demonstrated that the SNP1-g.3292 A > C was significantly (P < 0.01) linked to the variables respiratory rate (RR), heat tolerance coefficient (HTC) and total milk yield (TMY (kg)) attributes. There was no significant correlation identified between any of the other SNP sites (SNP2-g.4776 A > G; SNP3-g.5218T > C; SNP4-g.5224 A > C) with the heat tolerance and production attributes in Karan Fries cattle. Haploview 4.2 and SHEsis software programs were used to analyse pair linkage disequilibrium and construct haplotypes for HSP90AA1. Association studies indicated that the Hap3 (CATA) was beneficial for heat tolerance breeding in Karan Fries cattle. In conclusion, genetic polymorphisms and haplotypes in the HSP90AA1 were associated with thermal endurance attributes. This relationship can be utilized as a beneficial SNP or Hap marker for genetic heat resistance selection in cow breeding platforms. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O estresse térmico ameaça seriamente a sobrevivência e saúde dos peixes, demandando atenção imediata. A teprenona é um agente protetor da mucosa gástrica que pode induzir a expressão de proteínas de choque térmico. Esta pesquisa investigou os efeitos da teprenona em achigãs (Micropterus salmoides) submetidos a estresse térmico. Peixes juvenis foram distribuídos em diferentes grupos: grupo C (grupo controle, 0 mg de teprenona/kg de dieta), T₀, T₂₀₀, T₄₀₀ e T₈₀₀ (0, 200, 400 e 800 mg de teprenona/kg de dieta, respectivamente), que foram alimentados por 3 dias, seguidos por um dia sem a dieta. Todos os grupos, exceto o grupo C, foram submetidos a estresse térmico agudo (de 24 °C a 35 °C a 1 °C por hora e depois mantidos a 35 °C por 3 h). Os resultados foram os seguintes: As temperaturas máximas críticas foram significativamente maiores nos grupos T₂₀₀, T₄₀₀ e T₈₀₀ em comparação com o grupo T₀ (P < 0,05). O estresse térmico causou danos severos à morfologia tecidual do fígado, enquanto a teprenona reduziu significativamente este dano (P < 0,05). A concentração de cortisol sérico diminuiu gradualmente à medida que a concentração de teprenona aumentou, e a menor concentração foi observada no grupo T₈₀₀ (P < 0,05). Comparado com o grupo T₀, as atividades séricas de aspartato aminotransferase, alanina aminotransferase e gama-glutamil transferase foram significativamente menores nos grupos T₂₀₀, T₄₀₀ e T₈₀₀ (P < 0,05). As atividades hepáticas de catalase, superóxido dismutase total e peroxidase foram significativamente maiores no grupo T₂₀₀ do que no grupo T₀ (P < 0,05). Os níveis de transcrição das proteínas de choque térmico (hsp90, hsp70, hspa5 e hsf1) e da família caspase (caspase3 e caspase9) no fígado do grupo T₂₀₀ foram significativamente maiores do que os do grupo T₀ (P < 0,05). Resultados de Western blot mostraram que HSP70 e HSPA5 no fígado foram significativamente superexpressas no grupo T₂₀₀ em comparação com o grupo T₀ (P < 0,05). Em resumo, a teprenona dietética melhorou a tolerância térmica, aliviou danos por estresse térmico no fígado, aumentou a capacidade antioxidante e regulou positivamente as proteínas de choque térmico em juvenis de achigã. Este estudo oferece suporte teórico para a aplicação de teprenona na aquicultura para reduzir perdas financeiras causadas por fatores abióticos. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Short-term dietary teprenone improved thermal tolerance and mitigated liver damage caused by heat stress in juvenile largemouth bass (Micropterus salmoides): Heat stress seriously threatens fish survival and health, demanding immediate attention. Teprenone is a gastric mucosal protective agent that can induce heat shock protein expression. This research investigated the effects of teprenone on largemouth bass (Micropterus salmoides) subjected to heat stress. Juvenile fish were assigned to different groups: group C (control group, 0 mg teprenone/kg diet), T<inf>0</inf>, T<inf>200</inf>, T<inf>400</inf>, and T<inf>800</inf> (0, 200, 400, and 800 mg teprenone/kg diet, respectively), which were fed for 3 days, followed by a day without the diet. All groups except group C were subjected to acute heat stress (from 24 °C to 35 °C at 1 °C per hour and then maintained at 35 °C for 3 h). The results were as follows: The critical thermal maxima were significantly higher in the T<inf>200</inf>, T<inf>400</inf>, and T<inf>800</inf> groups compared with the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). Heat stress caused severe damage to the tissue morphology of the liver, while teprenone significantly reduced this injury (P < 0.05). Serum cortisol concentration decreased gradually as teprenone concentration increased, and the lowest concentration was observed in the T<inf>800</inf> group (P < 0.05). Compared with the T<inf>0</inf> group, the serum activities of aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, and gamma-glutamyl transferase were significantly lower in the T<inf>200</inf>, T<inf>400</inf>, and T<inf>800</inf> groups (P < 0.05). The liver activities of catalase, total superoxide dismutase, and peroxidase were significantly higher in the T<inf>200</inf> group than in the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). Transcript levels of the heat shock proteins (hsp90, hsp70, hspa5, and hsf1) and caspase family (caspase3 and caspase9) in the liver of the T<inf>200</inf> group were significantly higher than those of the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). Western blot results showed that HSP70 and HSPA5 in the liver were significantly upregulated in the T<inf>200</inf> group compared with the T<inf>0</inf> group (P < 0.05). In summary, dietary teprenone improved thermal tolerance, alleviated heat stress damage in the liver, enhanced antioxidant capacity, and upregulated heat shock proteins in juvenile largemouth bass. This study offers theoretical support for applying teprenone in aquaculture to reduce financial losses caused by abiotic factors. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As interações entre microalgas fotossintéticas e bactérias impactam a fisiologia de ambos os parceiros, o que influencia a aptidão e as trajetórias ecológicas de cada parceiro de maneira dependente do contexto ambiental. A tolerância térmica de Chlamydomonas reinhardtii pode ser aprimorada através de uma interação mutualística com Sinorhizobium meliloti produtor de vitamina B12 (cobalamina). Aqui, utilizamos proteômica quantitativa sem marcação para revelar as redes metabólicas alteradas pela interação em temperaturas normais e elevadas. Criamos um cenário onde o crescimento de Sinorhizobium requer carbono fornecido por Chlamydomonas para crescimento em co-cultivos, e a sobrevivência de Chlamydomonas sob altas temperaturas depende de cobalamina e possivelmente outros metabólitos produzidos por Sinorhizobium. A análise de abundância diferencial identificou proteínas produzidas por cada parceiro em co-cultivos em comparação com monocultivos em cada temperatura. Proteínas envolvidas na produção de cobalamina por Sinorhizobium aumentaram na presença de Chlamydomonas sob temperaturas elevadas, enquanto em Chlamydomonas houve um aumento na metionina sintase dependente de cobalamina e certas proteínas associadas com reações de metilação. A co-cultivação e o estresse térmico modularam fortemente o metabolismo central de ambos os parceiros, bem como vários transportadores que poderiam facilitar a cross-utilização de nutrientes. A co-cultivação modulou a expressão de vários componentes de sistemas de transdução de sinal de dois ou um componente, ativadores/reguladores transcricionais ou fatores sigma, sugerindo que redes regulatórias complexas modulam a interação de maneira dependente da temperatura. Notavelmente, proteínas de resposta ao calor e ao estresse geral e antioxidantes foram reguladas positivamente em co-cultivos, sugerindo que a interação é intrinsecamente estressante para cada parceiro, apesar dos benefícios do mutualismo. Nossos resultados lançam luz sobre as compensações metabólicas necessárias para o mutualismo e como as redes metabólicas são moduladas pela temperatura elevada. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Quantitative proteomics insights into Chlamydomonas reinhardtii thermal tolerance enhancement by a mutualistic interaction with Sinorhizobium meliloti: Interactions between photosynthetic microalgae and bacteria impact the physiology of both partners, which influence the fitness and ecological trajectories of each partner in an environmental context-dependent manner. Thermal tolerance of Chlamydomonas reinhardtii can be enhanced through a mutualistic interaction with vitamin B12 (cobalamin)-producing Sinorhizobium meliloti. Here, we used label-free quantitative proteomics to reveal the metabolic networks altered by the interaction under normal and high temperatures. We created a scenario where the growth of Sinorhizobium requires carbon provided by Chlamydomonas for growth in co-cultures, and survival of Chlamydomonas under high temperatures relies on cobalamin and possibly other metabolites produced by Sinorhizobium. Differential abundance analysis identified proteins produced by each partner in co-cultures compared to mono-cultures at each temperature. Proteins involved in cobalamin production by Sinorhizobium increased in the presence of Chlamydomonas under elevated temperatures, whereas in Chlamydomonas, there was an increase in cobalamin-dependent methionine synthase and certain proteins associated with methylation reactions. Co-cultivation and heat stress strongly modulated the central metabolism of both partners as well as various transporters that could facilitate nutrient cross-utilization. Co-cultivation modulated expression of various components of two- or one-component signal transduction systems, transcriptional activators/regulators, or sigma factors, suggesting complex regulatory networks modulate the interaction in a temperature-dependent manner. Notably, heat and general stress-response and antioxidant proteins were upregulated in co-cultures, suggesting that the interaction is inherently stressful to each partner despite the benefits of mutualism. Our results shed insight into the metabolic tradeoffs required for mutualism and how metabolic networks are modulated by elevated temperature. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

A injeção de efluentes aquecidos, aportes de água hipolimnética fria de barragens e eventos climáticos extremos podem levar a flutuações de temperatura imprevisíveis em águas naturais, impactando o desempenho e adaptabilidade dos peixes. Nossa hipótese foi que peixes expostos a tais flutuações imprevisíveis exibiriam crescimento reduzido e tolerância térmica aumentada em comparação com condições previsíveis. Qingbo (Spinibarbus sinensis) foi selecionado como sujeito experimental neste estudo. Os qingbos foram divididos em um grupo de temperatura constante (C, 22 ± 0,5 °C), um grupo de flutuação de temperatura previsível (PF, 22 ± 4 °C, primeiro aquecimento, depois resfriamento dentro de um dia) e um grupo de flutuação de temperatura imprevisível (UF, 22 ± 4 °C, a ordem de aquecimento ou resfriamento é aleatória). Após 40 dias de aclimatação térmica, foram medidos o crescimento, taxa metabólica, atividade espontânea, tolerância térmica, concentração de cortisol plasmático e nível hepático de hsp70 dos peixes. Inesperadamente, nem o grupo PF nem o grupo UF mostraram crescimento reduzido em comparação com o grupo C. Isto pode ser atribuído ao fato de que a variação de temperatura não levou a um aumento substancial no gasto energético básico. Além disso, as taxas de alimentação aumentaram devido às flutuações de temperatura, embora a diferença não tenha sido significativa. Ambos os grupos PF e UF exibiram tolerância térmica superior aumentada, mas apenas o grupo UF exibiu tolerância térmica inferior melhorada e níveis hepáticos de hsp70 mais elevados em comparação com o grupo C. Os qingbos que experimentaram flutuações de temperatura imprevisíveis tiveram a melhor tolerância térmica entre os 3 grupos, o que pode ter ocorrido porque eles tinham o maior nível de expressão de hsp70. Isto pode proteger os peixes contra as potenciais consequências letais de temperaturas extremas no futuro. Estes achados sugeriram que o qingbo exibiu excelente adaptabilidade a flutuações de temperatura previsíveis e imprevisíveis, o que pode estar associado a flutuações frequentes de temperatura em seu habitat natural. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The effects of the predictability of acclimatory temperature on the growth and thermal tolerance of juvenile Spinibarbus sinensis: Heated effluent injection, cold hypolimnetic water inputs from dams, and extreme weather events can lead to unpredictable temperature fluctuations in natural waters, impacting fish performance and fitness. We hypothesized that fish exposed to such unpredictable fluctuations would exhibit weaker growth and enhanced thermal tolerance compared to predictable conditions. Qingbo (Spinibarbus sinensis) was selected as the experimental subject in this study. The qingbo were divided into a constant temperature group (C, 22 ± 0.5 °C), a predictable temperature fluctuation group (PF, 22 ± 4 °C, first warming, then cooling within a day) and an unpredictable temperature fluctuation group (UF, 22 ± 4 °C, the order of warming or cooling is random). After 40 days of temperature acclimation, the growth, metabolic rate, spontaneous activity, thermal tolerance, plasma cortisol concentration and liver hsp70 level of the fish were measured. Unexpectedly, neither the PF nor the UF group showed decreased growth compared to the C group. This could be attributed to the fact that temperature variation did not lead to a substantial increase in basic energy expenditure. Furthermore, feeding rates increased due to temperature fluctuations, although the difference was not significant. Both the PF and UF groups exhibited increased upper thermal tolerance, but only the UF group exhibited improved lower thermal tolerance and higher liver hsp70 levels compared to the C group. The qingbo that experienced unpredictable temperature fluctuations had the best thermal tolerance among the 3 groups, which might have occurred because they had the highest level of hsp70 expression. This may safeguard fish against the potential lethal consequences of extreme temperatures in the future. These findings suggested that qingbo exhibited excellent adaptability to both predictable and unpredictable temperature fluctuations, which may be associated with frequent temperature fluctuations in its natural habitat. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Estudos prévios mostraram que a sobrevivência e reprodução de Hippodamia variegata são progressivamente prejudicadas por aumentos graduais de temperatura (de 32 °C para 35 °C e 38 °C). Neste estudo, foi realizada análise de sequenciamento do transcriptoma de H. variegata, após exposição a diferentes temperaturas (de 32 a 38 °C) por 24 h, usando tecnologia de sequenciamento de alto rendimento. Encontramos o maior número de genes diferencialmente expressos (GDEs) no grupo 35 °C vs. 32 °C (1151), seguido pelo grupo 38 °C vs. 32 °C (1054) e depois pelo grupo 38 °C vs. 35 °C (901), indicando que H. variegata expressou o maior número de genes recém-mobilizados sob temperatura média-alta (35 °C). A análise funcional de genes mostrou que um grande número de GDEs estava envolvido nos grupos gênicos "Atividade catalítica", "Atividade oxidorredutase", "Vias metabólicas" e "Via de regulação da longevidade - múltiplas espécies". Selecionamos aleatoriamente nove GDEs para validação usando qRT-PCR. Os resultados do qRT-PCR foram consistentes com os dados do transcriptoma, confirmando sua confiabilidade. Finalmente, os resultados de RNAi mostraram que a sobrevivência, longevidade e fecundidade de adultos foram menores no grupo em que a expressão gênica das proteínas de choque térmico (Hsp70-01 e Hsp68) foi suprimida do que no grupo controle (injeção de ds-GFP) em todas as temperaturas experimentais (32, 35 e 38 °C). Nossos resultados indicam o papel importante das proteínas de choque térmico (Hsp70-01 e Hsp68) na resistência ao estresse por alta temperatura em H. variegata e fornecem uma base molecular para analisar seu mecanismo de termotolerância. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat Shock Protein 70 Genes Are Involved in the Thermal Tolerance of Hippodamia variegata: Previous studies have shown that the survival and reproduction of Hippodamia variegata are increasingly harmed by progressive increases in temperature (from 32 °C to 35 °C and 38 °C). In this study, transcriptome sequencing analysis was performed on H. variegata, after being exposed to different temperatures (from 32 to 38 °C) for 24 h, using high-throughput sequencing technology. We found the largest number of differentially expressed genes (DEGs) in the 35 °C vs. 32 °C group (1151) followed by the 38 °C vs. 32 °C group (1054) and then the 38 °C vs. 35 °C group (901), indicating that H. variegata expressed the largest number of newly mobilized genes under medium-high temperature (35 °C). Gene functional analysis showed that a large number of DEGs were involved in “Catalytic activity”, “Oxidoreductase activity”, “Metabolic pathways”, and “Longevity regulating pathway-multiple species” gene groups. We randomly selected nine DEGs for validation using qRT-PCR. The results of qRT-PCR were consistent with the transcriptome data, confirming their reliability. Finally, the RNAi results showed that adult survival, longevity, and fecundity were lower in the group in which gene expression of the heat shock proteins (Hsp70-01 and Hsp68) was suppressed than in the control group (injection ds-GFP) at all the experimental temperatures (32, 35, and 38 °C). Our results indicate the important role of the heat shock proteins (Hsp70-01 and Hsp68) in resistance to high-temperature stress in H. variegata and provide a molecular basis for analyzing its thermotolerance mechanism. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O câncer de mama triplo-negativo (TNBC) é caracterizado por maior taxa de recorrência e mortalidade. A ablação mediada termicamente por meio da terapia fototérmica (PTT) demonstra considerável promessa para a erradicação do câncer de mama. No entanto, a eficácia da PTT é impedida pela tolerância térmica das células tumorais, que é atribuída à expressão aumentada de proteínas de choque térmico (HSPs). Essas proteínas, que funcionam como chaperonas moleculares dependentes de ATP, conferem proteção às células cancerosas contra o calor citotóxico gerado durante a PTT. A glicólise é uma via importante para as células de câncer de mama produzirem ATP, o que pode promover a ocorrência e desenvolvimento de metástase pulmonar do câncer de mama. Portanto, inibir a glicólise pode diminuir a expressão de HSPs, restringir o crescimento do câncer de mama e prevenir sua metástase. O metabolismo glicolítico desempenha um papel fundamental na biossíntese de ATP nas células de câncer de mama, facilitando a progressão e disseminação de metástases pulmonares. Consequentemente, direcionar-se à glicólise apresenta uma abordagem estratégica para a expressão de HSP, a proliferação do câncer de mama e impedir sua disseminação metastática. Aqui, projetamos um sistema de entrega de fármacos de Estrutura Zeolítica Imidazolato-8 (ZIF-8) revestido com ácido hialurônico (HA) carregado com verde de indocianina (ICG) e criptotanshinona (CTS). O sistema de entrega de fármacos apresentou excelentes propriedades fototérmicas, podendo atingir temperatura suficiente para ablação fototérmica de células tumorais. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 também mostrou liberação de fármacos responsiva ao pH, aumentando a liberação sustentada de ICG e CTS para estender sua duração de circulação sistêmica. Além disso, a modificação com HA do ZIF-8 serviu para aumentar suas capacidades de direcionamento tanto in vitro quanto in vivo, aproveitando o efeito de permeação e retenção aumentada (EPR), bem como o direcionamento ativo de tumores via via do receptor CD44, resultando em maior concentração do fármaco e melhor efeito terapêutico no tumor. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 pôde regular negativamente a expressão da proteína piruvato quinase-M2 (PKM2) relacionada à glicólise, inibindo assim o processo glicolítico, suprimindo ainda mais o metabolismo energético das células tumorais, regulando negativamente a expressão de HSPs, superando a resistência ao calor das células tumorais e melhorando o efeito da PTT. Exibiu um impacto supressivo notável tanto na proliferação quanto na migração de células de câncer de mama, potencialmente oferecendo insights inovadores para a PTT visualizada no tratamento do câncer de mama. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Illuminating the fight against breast cancer: Preparation and visualized photothermal therapy of hyaluronic acid coated ZIF-8 loading with indocyanine green and cryptotanshinone for triple-negative breast cancer: Triple-negative breast cancer (TNBC) is characterized by higher recurrence rate and mortality. Thermally-mediated ablation via photothermal therapy (PTT) demonstrates considerable promise for the eradication of breast cancer. Nonetheless, the efficacy of PTT is impeded by the thermal tolerance of tumor cells, which is attributed to the augmented expression of heat shock proteins (HSPs). These proteins, which function as ATP-dependent molecular chaperones, confer protection to cancer cells against the cytotoxic heat generated during PTT. Glycolysis is an important way for breast cancer cells to produce ATP, which can promote the occurrence and development of lung metastasis of breast cancer. Therefore, inhibiting glycolysis may diminish the expression of HSPs, curtail the growth of breast cancer, and prevent its metastasis. Glycolytic metabolism plays a pivotal role in the ATP biosynthesis within breast cancer cells, facilitating the progression and dissemination of pulmonary metastases. Consequently, targeting glycolysis presents a strategic approach to HSP expression, the proliferation of breast cancer, and impede its metastatic spread. Herein, we designed an indocyanine green (ICG) and cryptotanshinone (CTS) loaded hyaluronic acid (HA) coated Zeolitic Imidazolate Framework-8 (ZIF-8) drug delivery system. The drug delivery system had excellent photothermal properties, which could reach temperature sufficient for photothermal ablation of tumor cells. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 also showed pH-responsive drug release, enhancing the sustained release of ICG and CTS to extend their systemic circulation duration. Moreover, the HA modification of ZIF-8 served to augment its targeting capabilities both in vitro and in vivo, leveraging the enhanced permeation and retention (EPR) effect, as well as active tumor targeting via the CD44 receptor pathway, resulting in a higher drug concentration and a better therapeutic effect in tumor. (ICG + CTS)@HA-ZIF-8 could downregulate the expression of glycolysis-related protein pyruvate kinase-M2 (PKM2), thereby inhibiting the glycolysis process, further suppressing tumor cell energy metabolism, downregulating the expression of HSPs, overcoming tumor cell heat resistance, and improving PTT effect. It exhibited a notable suppressive impact on both the proliferation and migration of breast cancer cells, potentially offering innovative insights for the visualized PTT in breast cancer treatment. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

As rápidas mudanças de temperatura causadas pelo aquecimento global desafiam significativamente a sobrevivência dos peixes ao afetar vários processos biológicos. Os peixes geralmente mitigam o estresse através da plasticidade fisiológica, mas quando as mudanças de temperatura excedem seus limites de tolerância, mesmo espécies adaptáveis como os Siluriformes podem sofrer disrupções internas. Este estudo investiga os efeitos do clima térmico extremo no bagre de Hong Kong (Clarias fuscus), nativo de regiões tropicais e subtropicais. C. fuscus foram expostos a temperatura normal (TN, 26 ℃) ou alta temperatura (TA, 34 ℃) por 90 dias. Subsequentemente, foram observadas alterações histológicas, bioquímicas e transcriptômicas no tecido branquial após exposição a temperaturas altas agudas (34 ℃) e subsequente recuperação térmica (26 ℃). A análise histológica revelou que C. fuscus no grupo TA exibiram menor impacto das mudanças súbitas de temperatura em comparação com o grupo TN, pois se adaptaram reduzindo a massa celular interlamelar (MCI) e a espessura das lamelas (EL) do tecido branquial, mitigando assim as consequências do choque térmico agudo. A análise bioquímica mostrou que a atividade da catalase (CAT) no grupo de alta temperatura continuou a aumentar, enquanto os níveis de malondialdeído (MDA) diminuíram, sugerindo o estabelecimento de um novo equilíbrio oxidativo e maior adaptabilidade ambiental. A análise de transcriptoma identificou 520 e 463 genes diferencialmente expressos nos grupos TN e TA, respectivamente, em resposta a mudanças agudas de temperatura. A análise de enriquecimento destacou que, em resposta a mudanças térmicas agudas, o grupo TN inibiu a apoptose e a ferroptose regulando a atividade de alox12, gclc e hmox1a, atenuando assim os efeitos adversos do estresse térmico. Por outro lado, o grupo TA aumentou a atividade de pfkma e pkma para fornecer energia suficiente para o reparo tecidual. O maior grau de resposta da proteína de choque térmico (Hsp) no grupo TN também indicou lesão mais severa por estresse térmico. Estes achados demonstram alterações na estrutura do tecido branquial, regulação do equilíbrio oxidativo e a resposta das vias metabólicas imunes a flutuações agudas de temperatura em C. fuscus após exposição térmica, sugerindo possíveis caminhos para exploração adicional da plasticidade da tolerância térmica de peixes adaptando-se ao aquecimento global. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Long-term thermal acclimation enhances heat resistance of Hong Kong catfish (Clarias fuscus) by modulating gill tissue structure, antioxidant capacity and immune metabolic pathways: The rapid temperature changes caused by global warming significantly challenge fish survival by affecting various biological processes. Fish generally mitigate stress through physiological plasticity, but when temperature changes exceed their tolerance limits, even adaptable species like Siluriformes can experience internal disruptions. This study investigates the effects of extreme thermal climate on Hong Kong catfish (Clarias fuscus), native to tropical and subtropical regions. C. fuscus were exposed to normal temperature (NT, 26 ℃) or high temperature (HT, 34 ℃) condition for 90 days. Subsequently, histological, biochemical, and transcriptomic changes in gill tissue were observed after exposure to acute high temperatures (34 ℃) and subsequent temperature recovery (26 ℃). Histological analysis revealed that C. fuscus in the HT group exhibited less impact from sudden temperature shifts compared to the NT group, as they adapted by reducing the interlamellar cell mass (ILCM) and lamellae thickness (LT) of gill tissue, thereby mitigating the aftermath of acute heat shock. Biochemical analysis showed that catalase (CAT) activity in the high temperature group continued to increase, while malondialdehyde (MDA) levels decreased, suggesting establishment of a new oxidative balance and enhanced environmental adaptability. Transcriptome analysis identified 520 and 463 differentially expressed genes in the NT and HT groups, respectively, in response to acute temperature changes. Enrichment analysis highlighted that in response to acute temperature changes, the NT group inhibited apoptosis and ferroptosis by regulating the activity of alox12, gclc, and hmox1a, thereby attenuating the adverse effects of heat stress. Conversely, the HT group increased the activity of pfkma and pkma to provide sufficient energy for tissue repair. The higher degree of heat shock protein (Hsp) response in NT group also indicated more severe heat stress injury. These findings demonstrate alterations in gill tissue structure, regulation of oxidative balance, and the response of immune metabolic pathways to acute temperature fluctuations in C. fuscus following thermal exposure, suggesting potential avenues for further exploration into the thermal tolerance plasticity of fish adapting to global warming. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento das temperaturas da água do mar, juntamente com ondas de calor mais intensas e frequentes, representam uma ameaça crescente para as espécies marinhas. Neste estudo, o mexilhão-de-lábios-verdes da Nova Zelândia, Perna canaliculus, foi utilizado para investigar o efeito da genética e da ontogenia na resiliência térmica. O mexilhão cultural e economicamente significativo P. canaliculus (Gmelin, 1971) tem sido selecionado geneticamente na Nova Zelândia por duas décadas, tornando-o um recurso biológico único para investigar interações genéticas em uma espécie de bivalve temperado. Seis famílias de irmãos completos selecionadas geneticamente e quatro idades diferentes, desde juvenis precoces (6, 8, 10 semanas pós-fertilização) até subadultos (52 semanas pós-fertilização), foram utilizadas para experimentação. Em cada idade, cada família foi exposta a um desafio térmico de três horas, seguido de recuperação e avaliações de sobrevivência. Os comprimentos das conchas dos mexilhões juvenis vivos e mortos também foram medidos. Amostras de tecido branquial de subadultos foram coletadas após o desafio térmico para quantificar o gene da proteína de choque térmico de 70 kDa (hsp70). Os resultados mostraram que genética, ontogenia e tamanho influenciam a resiliência térmica em P. canaliculus, com valores de LT₅₀ variando entre 31,3 e 34,4 °C para todas as famílias e idades estudadas. Juvenis mostraram maior termotolerância em comparação com subadultos, enquanto os maiores indivíduos dentro de cada classe familiar/etária tenderam a ser mais sensíveis ao calor do que seus irmãos. Subadultos regularam positivamente diferencialmente hsp70 em um padrão que correlacionou com a sobrevivência líquida familiar após o desafio térmico, reforçando o papel percebido da proteína HSP70 induzível em moluscos. Este estudo fornece insights sobre as complexas interações de idade e genótipo na determinação da tolerância ao calor de uma espécie-chave de mexilhão. À medida que as temperaturas marinhas aumentam, respostas igualmente complexas à pressão seletiva podem, portanto, ocorrer. Pesquisas futuras devem focar em abordagens transcriptômicas e genômicas para espécies-chave como P. canaliculus para entender e prever melhor o efeito da variação genética e da ontogenia em sua sobrevivência no contexto das mudanças climáticas. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Genetics and ontogeny are key factors influencing thermal resilience in a culturally and economically important bivalve: Increasing seawater temperatures coupled with more intense and frequent heatwaves pose an increasing threat to marine species. In this study, the New Zealand green-lipped mussel, Perna canaliculus, was used to investigate the effect of genetics and ontogeny on thermal resilience. The culturally and economically significant mussel P. canaliculus (Gmelin, 1971) has been selectively-bred in New Zealand for two decades, making it a unique biological resource to investigate genetic interactions in a temperate bivalve species. Six selectively-bred full sibling families and four different ages, from early juveniles (6, 8, 10 weeks post-fertilisation) to sub-adults (52 weeks post-fertilisation), were used for experimentation. At each age, each family was exposed to a three-hour heat challenge, followed by recovery, and survival assessments. The shell lengths of live and dead juvenile mussels were also measured. Gill tissue samples from sub-adults were collected after the thermal challenge to quantify the 70 kDa heat shock protein gene (hsp70). Results showed that genetics, ontogeny and size influence thermal resilience in P. canaliculus, with LT<inf>50</inf> values ranging between 31.3 and 34.4 °C for all studied families and ages. Juveniles showed greater thermotolerance compared to sub-adults, while the largest individuals within each family/age class tended to be more heat sensitive than their siblings. Sub-adults differentially upregulated hsp70 in a pattern that correlated with net family survival following heat challenge, reinforcing the perceived role of inducible HSP70 protein in molluscs. This study provides insights into the complex interactions of age and genotype in determining heat tolerance of a key mussel species. As marine temperatures increase, equally complex selection pressure responses may therefore occur. Future research should focus on transcriptomic and genomic approaches for key species such as P. canaliculus to further understand and predict the effect of genetic variation and ontogeny on their survival in the context of climate change. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento climático, particularmente eventos de temperatura extrema, representa uma grande ameaça à sobrevivência e diversidade de insetos. Portanto, compreender as respostas dos insetos a altas temperaturas é cada vez mais importante para prever sua resiliência e distribuição sob mudanças climáticas. Neste estudo, analisamos 4.417 artigos da Web of Science Core Collection usando VOSviewer, CiteSpace e o pacote Bibliometrix R. Os resultados mostram que desde 2012, o número de publicações sobre respostas de insetos a altas temperaturas tem aumentado ano a ano a uma taxa média de crescimento anual de 3,5%, refletindo o crescente interesse de pesquisa neste campo. Em segundo lugar, a resposta de insetos a altas temperaturas é um campo de pesquisa multidisciplinar. A revista PLoS One tem a maior quantidade de artigos publicados, apresentando as maiores citações totais e H-index globalmente. Hoffmann AA e Du YZ são os autores mais produtivos. Além disso, a análise de palavras-chave revelou foco de pesquisa em respostas moleculares como expressão gênica e proteínas de choque térmico. A análise de agrupamento de acoplamento bibliográfico identificou 15 principais temas de pesquisa, os resultados demonstram que o campo evoluiu da descrição de características fisiológicas para dissecar mecanismos bioquímicos e reprodutivos subjacentes à tolerância térmica, visando descobrir respostas biológicas e estratégias adaptativas sob estresse térmico. Para resumir, este estudo fornece uma visão geral das tendências atuais de pesquisa e prioridades emergentes na biologia do estresse térmico em insetos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Research progress and trends of insect high-temperature stress: insights from bibliometric analysis: Climate warming, particularly extreme temperature events, poses a major threat to insect survival and diversity. Thus, understanding insect responses to high temperatures is increasingly important for predicting their resilience and distribution under climate change. In this study, we analyzed 4,417 articles from the Web of Science Core Collection using VOSviewer, CiteSpace, and the Bibliometrix R package. The results show that since 2012, the number of publications on insect responses to high temperatures has been increasing year by year at an average annual growth rate of 3.5%, reflecting the increasing research interest in this field. Secondly, the response of insects to high temperatures is a multidisciplinary research field. The PLoS One journal has the largest quantity of published articles, boasting the highest total citations and H-index globally. Hoffmann AA and Du YZ are the most productive authors. Furthermore, keyword analysis revealed research focus on molecular responses such as gene expression and heat-shock proteins. Cluster analysis of bibliographic coupling identified 15 major research themes, results demonstrate that the field evolved from describing physiological traits to dissecting biochemical and reproductive mechanisms underlying thermal tolerance, aiming to uncover biological responses and adaptive strategies under heat stress. To summarize, this study provides an overview of current research trends and emerging priorities in insect heat stress biology. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global e eventos térmicos extremos têm induzido branqueamento generalizado de corais, levando à rápida degradação dos ecossistemas de recifes de coral em todo o mundo. Identificar genes funcionais associados à termotolerância é crucial para elucidar os mecanismos de adaptação dos corais ao aquecimento climático e permitir previsões científicas sobre as trajetórias dos ecossistemas de recifes de coral. No entanto, a compreensão atual do mecanismo molecular do holobionte coralino em resposta ao estresse térmico é muito insuficiente. Portanto, este artigo revisa o progresso da pesquisa de genes funcionais relacionados à adaptação térmica de corais. Inicialmente, receptores de reconhecimento de padrões (PRRs), incluindo receptores do tipo Toll (TLRs), desempenham um papel crucial na detecção do estresse térmico e na ativação de cascatas de sinalização a jusante, iniciando assim o processo de resposta imune. Essas respostas envolvem principalmente: regulação positiva de proteínas de choque térmico (HSPs) para facilitar o redobramento de polipeptídeos desnaturados; indução de genes de proteínas antioxidantes para mitigar danos oxidativos causados por espécies reativas de oxigênio (ROS); genes associados com apoptose e piroptose desempenham um papel crucial na eliminação de células "daninhas". À medida que o estresse térmico se intensifica, os corais iniciam uma rede sofisticada de processos celulares para manter. À medida que o estresse térmico se intensifica, os corais iniciam uma série de processos complexos para manter conjuntamente a homeostase celular. Isso inclui: ativação rápida de genes de proteínas fotoprotetoras para reparar o aparato fotossintético de Symbiodiniaceae; expressão de proteínas fluorescentes do hospedeiro para manter o equilíbrio redox; proteínas de canal de cálcio mantêm a estabilidade dos níveis intracelulares de Ca2+; modulação de vias metabólicas para garantir suprimento adequado de nutrientes; inibição da progressão do ciclo celular para conservar energia; manutenção da integridade do citoesqueleto para preservar a estabilidade estrutural; e regulação do sistema ubiquitina-proteassoma para controle de qualidade de proteínas. Além disso, eventos recorrentes de estresse térmico podem induzir aclimatação em corais, potencialmente aumentando sua tolerância térmica através de múltiplos mecanismos: regulação negativa da taxa metabólica do hospedeiro, proteção de proteínas sensíveis ao calor e regulação positiva de enzimas antioxidantes e vias de assimilação de amônio. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Research progress on functional genes related to coral thermal adaptation: Global warming and extreme thermal events have induced widespread coral bleaching, leading to the rapid degradation of coral reef ecosystems across the globe. Identifying functional genes associated with thermotolerance is crucial for elucidating coral adaptation mechanisms to climate warming and enabling scientific predictions regarding coral reef ecosystem trajectories. However, the current understanding of the molecular mechanism of coral holobiont in response to heat stress is very insufficient. Therefore, this paper reviews the research progress of functional genes related to coral thermal adaptation. Initially, pattern recognition receptors (PRRs), including Tolllike receptors (TLRs), play a crucial role in detecting heat stress and activating downstream signaling cascades, thereby initiating the immune response process. These responses primarily involve: upregulation of heat shock proteins (HSPs) to facilitate the refolding of denatured polypeptides; induction of antioxidant protein genes to mitigate oxidative damage caused by reactive oxygen species (ROS); genes associated with apoptosis and pyroptosis play a crucial role in eliminating “harmful” cells. As thermal stress intensifies, corals initiate a sophisticated network of cellular processes to maintain. As heat stress intensifies, corals initiate a series of complex processes to jointly maintain cellular homeostasis. This includes: rapid activation of photoprotective protein genes to repair the photosynthetic apparatus of Symbiodiniaceae; expression of host fluorescent proteins to maintain redox balance; calcium channel proteins maintain the stability of intracellular Ca2+ levels; modulation of metabolic pathways to ensure adequate nutrient supply; inhibition of cell cycle progression to conserve energy; maintenance of cytoskeletal integrity to preserve structural stability; and regulation of ubiquitin-proteasome system for protein quality control. Furthermore, recurrent thermal stress events can induce acclimatization in corals, potentially enhancing their thermal tolerance through multiple mechanisms: downregulation of host metabolic rate, protection of heat-sensitive proteins, and upregulation of antioxidant enzymes and ammonium assimilation pathways. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global afeta direta e indiretamente a biologia e ecologia de insetos aquáticos. Os quironomídeos são ubíquos na Terra e são adequados para análise sistemática do efeito do aquecimento em insetos. Aqui, medimos a taxa de sobrevivência para larvas de quarto ínstar de sete espécies de Chironomus em diferentes temperaturas. A temperatura média para sobrevivência após exposição de 1 hora para larvas de Chironomus sulfurosus foi a mais alta (43 °C) entre as sete espécies de Chironomus. Além disso, 14,5% das larvas de C. sulfurosus sobreviveram a 40 °C do primeiro ao quarto ínstar por 14 dias, enquanto larvas das outras três espécies com tolerância térmica relativamente alta no teste de exposição de 1 hora não conseguiram. Esses resultados indicam que apenas as larvas de C. sulfurosus são tolerantes a 40 °C. Examinamos os níveis de expressão de genes específicos que codificam quatro proteínas de choque térmico e uma proteína de choque térmico cognata em larvas de C. sulfurosus em várias temperaturas usando PCR quantitativo em tempo real. Os níveis de expressão dos genes para hsc70, hsp67, hsp60, hsp27 e hsp23 foram maiores a 40 °C do que a 35 °C, temperatura na qual 97% das larvas sobreviveram por 14 dias. Portanto, em conjunto com a presente análise filogenética, a tolerância térmica de C. sulfurosus está associada com a regulação positiva dos genes hsp e hsc, o que pode fundamentar um mecanismo para a resposta do organismo a altas temperaturas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal tolerance of larvae of seven Chironomus species and up-regulation of heat shock protein-coding genes in Chironomus sulfurosus: Global warming directly and indirectly affects the biology and ecology of aquatic insects. Chironomids are ubiquitous on the earth and are suitable for systematic analysis of the warming effect on insects. Here, we measured the survival rate for the fourth-instar larvae of seven Chironomus species at different temperatures. The mid-temperature for survival after 1-h temperature exposure to Chironomus sulfurosus larvae was the highest (43 °C) among seven Chironomus species. In addition, 14.5% of C. sulfurosus larvae survived at 40 °C from the first to the fourth instar for 14 days, whereas larvae of the other three species with relatively high thermal tolerance in the 1-h exposure test could not. These results indicate that only C. sulfurosus larvae are tolerant of 40 °C. We examined the expression levels of specific genes encoding four heat shock proteins and one heat shock protein cognate in C. sulfurosus larvae at various temperatures using quantitative real-time PCR. The expression levels of genes for hsc70, hsp67, hsp60, hsp27, and hsp23 genes were higher at 40 °C than those at 35 °C, at which 97% of larvae survived for 14 days. Therefore, in conjunction with the present phylogenetic analysis, the thermal tolerance of C. sulfurosus is associated with the up-regulated hsp and hsc genes, which may underlie a mechanism for the organism’s response to high temperatures. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A capacidade de lidar com o calor provavelmente influenciará o sucesso das espécies em meio às mudanças climáticas. No entanto, os mecanismos de enfrentamento do calor são pouco compreendidos em endotérmicos selvagens, que são cada vez mais pressionados até seus limites termorregulatórios. Adotamos uma abordagem organismal para este problema, revelando como respostas comportamentais e fisiológicas podem permitir o sucesso diante do calor subletal. Elevamos experimentalmente as temperaturas dos ninhos por 4 h para simular um cenário climático futuro (+4,5°C) durante um período crítico do desenvolvimento pós-natal em andorinhas-das-árvores (Tachycineta bicolor). Os filhotes expostos ao calor exibiram mudanças marcantes no comportamento, incluindo movimento para microclimas mais frios no ninho. Eles ofegaram mais e pesaram menos que os controles ao final do desafio térmico de quatro horas, sugerindo perda de água induzida pelo ofego. Fisiologicamente, o calor induziu altos níveis de expressão gênica de proteínas de choque térmico (HSP) no sangue, juntamente com diferenças transcricionais generalizadas relacionadas a defesas antioxidantes, inflamação e apoptose. Criticamente, todos os filhotes sobreviveram ao desafio térmico, e aqueles expostos ao calor mais brando tinham maior probabilidade de recrutamento na população reprodutiva. O calor precoce, mas subletal, pode, portanto, atuar como um evento seletivo, com potencial para moldar trajetórias populacionais. Dentro da população, os indivíduos variaram em sua resposta fisiológica ao calor, nomeadamente na expressão gênica de HSP, que exibiu média mais alta e variância maior nos filhotes expostos ao calor do que nos controles. Os níveis de HSP induzidos pelo calor não foram relacionados à massa corporal individual, nem a diferenças entre ninhos no tamanho da ninhada, temperatura e termorregulação comportamental. A identidade do ninho explicou uma quantidade significativa da variação de HSP, ainda assim irmãos no mesmo ninho diferiram em média ~4 vezes e indivíduos na população diferiram em até ~100 vezes em sua resposta de HSP. Esta variação massiva estende trabalhos laboratoriais anteriores em organismos modelo mostrando que proteínas de choque térmico podem abrigar variação fenotípica críptica. Estes resultados lançam luz sobre elementos frequentemente ignorados da termotolerância em aves selvagens em um estágio crítico do desenvolvimento pós-natal. Ao destacar a extensão da expressão gênica de HSP induzida pelo calor e acoplá-la a um conjunto de características organismais, fornecemos uma estrutura para testes futuros dos mecanismos que moldam o sucesso das espécies diante da mudança.

Heat alters diverse thermal tolerance mechanisms: An organismal framework for studying climate change effects in a wild bird: The ability to cope with heat is likely to influence species success amidst climate change. However, heat coping mechanisms are poorly understood in wild endotherms, which are increasingly pushed to their thermoregulatory limits. We take an organismal approach to this problem, unveiling how behavioural and physiological responses may allow success in the face of sublethal heat. We experimentally elevated nest temperatures for 4 h to mimic a future climate scenario (+4.5°C) during a critical period of post-natal development in tree swallows (Tachycineta bicolor). Heat-exposed nestlings exhibited marked changes in behaviour, including movement to cooler microclimates in the nest. They panted more and weighed less than controls at the end of the four-hour heat challenge, suggesting panting-induced water loss. Physiologically, heat induced high levels of heat shock protein (HSP) gene expression in the blood, alongside widespread transcriptional differences related to antioxidant defences, inflammation and apoptosis. Critically, all nestlings survived the heat challenge, and those exposed to milder heat were more likely to recruit into the breeding population. Early life but sub-lethal heat may therefore act as a selective event, with the potential to shape population trajectories. Within the population, individuals varied in their physiological response to heat, namely in HSP gene expression, which exhibited higher mean and higher variance in heat-exposed nestlings than in controls. Heat-induced HSP levels were unrelated to individual body mass, or among-nest differences in brood size, temperature, and behavioural thermoregulation. Nest identity explained a significant amount of HSP variation, yet siblings in the same nest differed by an average of ~4-fold and individuals in the population differed by as much as ~100-fold in their HSP response. This massive variation extends previous laboratory work in model organisms showing that heat shock proteins may harbour cryptic phenotypic variation. These results shed light on oft-ignored elements of thermotolerance in wild birds at a critical stage of post-natal development. By highlighting the scope of heat-induced HSP gene expression and coupling it with a suite of organismal traits, we provide a framework for future testing of the mechanisms that shape species success in the face of change. Read the free Plain Language Summary for this article on the Journal blog. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Esclarecer o papel das chaperonas moleculares em archaea extremamente termofílicas, incluindo a prefoldin gama (γPFD) no metanógeno de águas profundas Methanocaldococcus jannaschii, é fundamental para compreender a adaptação microbiana a ambientes quentes. Este estudo concentra-se em linhagens geneticamente modificadas com nocaute e superexpressão para avaliar a importância da γPFD no crescimento e tolerância térmica de M. jannaschii. Uma análise aprofundada do crescimento celular, morfologia e respostas transcricionais ao estresse térmico revelou que, embora o gene que codifica a γPFD seja substancialmente regulado positivamente em resposta ao choque térmico, a γPFD não é indispensável para a sobrevivência em altas temperaturas. Em vez disso, sua ausência na linhagem com nocaute é compensada pela regulação positiva de várias proteínas proteolíticas na ausência de choque térmico, quase igualando o perfil transcricional correspondente de transcritos selecionados para proteínas envolvidas na síntese e dobramento proteico na linhagem selvagem após choque térmico, usando PCR quantitativo com transcrição reversa (RT-qPCR). Essas descobertas conectam a adaptação ambiental com a biologia molecular, destacando a versatilidade dos extremófilos e fornecendo uma compreensão mecanicista mais profunda de como eles lidam com o estresse. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The filamentous γ-prefoldin chaperone is not essential for growth and thermal adaptation in Methanocaldococcus jannaschii: Elucidating the role of molecular chaperones in extremely thermophilic archaea, including the gamma prefoldin (γPFD) in the deep-sea methanogen Methanocaldococcus jannaschii, is integral to understanding microbial adaptation to hot environments. This study focuses on genetically engineered knock-out and overexpression strains to evaluate the importance of γPFD in the growth and thermal tolerance of M. jannaschii. An in-depth analysis of cell growth, morphology and transcriptional responses to heat stress revealed that although the gene encoding γPFD is substantially upregulated in response to heat shock, the γPFD is not indispensable for high-temperature survival. Instead, its absence in the knock-out strain is compensated for by the upregulation of several proteolytic proteins in the absence of heat shock, nearly matching the corresponding transcription profile of selected transcripts for proteins involved in protein synthesis and folding in the wild-type strain following heat shock, using quantitative reverse-transcription PCR (RT-qPCR). These findings bridge environmental adaptation with molecular biology, underscoring the versatility of extremophiles and providing a deeper mechanistic understanding of how they cope with stress. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

O presente estudo aborda os desafios da temperatura descontrolada e da poluição em ambientes aquáticos, com foco na capacidade dos peixes de tolerar altas temperaturas. A investigação teve como objetivo determinar o papel das nanopartículas de ferro (Fe-NPs) no aumento da tolerância térmica de Pangasianodon hypophthalmus exposto ao estresse por alta temperatura, toxicidade por arsênio (As) e amônia (NH₃). As Fe-NPs foram sintetizadas usando abordagens verdes, especificamente a partir de brânquias de peixe. As Fe-NPs dietéticas foram formuladas e suplementadas em 10, 15 e 20 mg kg⁻¹ de ração. Notavelmente, as Fe-NPs a 15 mg kg⁻¹ de dieta reduziram significativamente a temperatura crítica mínima (CTmin) (14,44 ± 0,21 °C) e a temperatura letal mínima (LTmin) (13,46 ± 0,15 °C), em comparação com o controle e outros grupos de tratamento. Por outro lado, quando as Fe-NPs a 15 mg kg⁻¹ foram suplementadas com ou sem exposição a estressores (As + NH₃ + T), a temperatura crítica máxima (CTmax) aumentou para 47,59 ± 0,16 °C e a temperatura letal máxima (LTmax) aumentou para 48,60 ± 0,37 °C, ambas significativamente maiores que o controle e outros grupos. Uma forte correlação foi observada entre LTmin e CTmin (R² = 0,90) e entre CTmax e LTmax (R² = 0,98). Além disso, as Fe-NPs dietéticas a 15 mg kg⁻¹ aumentaram significativamente a expressão de genes relacionados ao estresse, incluindo HSP70, iNOS, Caspase-3a, CYP450, MT, cat, sod, gpx, TNFα, IL, TLR e Ig. A tolerância térmica aprimorada (LTmin e LTmax) pode ser atribuída a essas regulações gênicas, sugerindo o envolvimento mecanicista das Fe-NPs na melhoria da resiliência térmica. No geral, os resultados demonstram que a suplementação dietética com Fe-NPs, particularmente a 15 mg kg⁻¹, melhora a tolerância térmica e a resposta ao estresse em P. hypophthalmus por meio do aumento da expressão gênica e da eficiência térmica geral sob condições de estresse. © 2024 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Magical role of iron nanoparticles for enhancement of thermal efficiency and gene regulation of fish in response to multiple stresses: The present study addresses the challenges of uncontrolled temperature and pollution in aquatic environments, with a focus on fish ability to tolerate high temperature. The investigation aimed to determine the role of iron nanoparticles (Fe-NPs) in enhancing the thermal tolerance of Pangasianodon hypophthalmus exposed to high-temperature stress, arsenic (As), and ammonia (NH<inf>3</inf>) toxicity. Fe-NPs were synthesized using green approaches, specifically from fish gill. The dietary Fe-NPs were formulated and supplemented at 10, 15, and 20 mg kg⁻1 of feed. Notably, Fe-NPs at 15 mg kg⁻1 diet significantly reduced the critical thermal minimum (CTmin) (14.44 ± 0.21 °C) and the lethal thermal minimum (LTmin) (13.46 ± 0.15 °C), compared to the control and other treatment groups. Conversely, when Fe-NPs at 15 mg kg⁻1 were supplemented with or without exposure to stressors (As + NH<inf>3</inf>+T), the critical thermal maximum (CTmax) increased to 47.59 ± 0.16 °C, and the lethal thermal maximum (LTmax) increased to 48.60 ± 0.37 °C, both significantly higher than the control and other groups. A strong correlation was observed between LTmin and CTmin (R2 = 0.90) and between CTmax and LTmax (R2 = 0.98). Furthermore, dietary Fe-NPs at 15 mg kg⁻1 significantly upregulated the expression of stress-related genes, including HSP70, iNOS, Caspase-3a, CYP450, MT, cat, sod, gpx, TNFα, IL, TLR, and Ig. The enhanced thermal tolerance (LTmin and LTmax) can be attributed to these gene regulations, suggesting the mechanistic involvement of Fe-NPs in improving thermal resilience. Overall, the findings demonstrate that dietary supplementation with Fe-NPs, particularly at 15 mg kg⁻1, improves thermal tolerance and stress response in P. hypophthalmus by enhancing gene expression and overall thermal efficiency under stressor conditions. © 2024 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: Vacas leiteiras são altamente suscetíveis ao estresse térmico, levantando preocupações sobre bem-estar animal, eficiência produtiva e perdas econômicas. Estudos anteriores sugerem que as raças Holandesa e Brown Swiss exibem diferentes níveis de tolerância térmica, mas suas respostas adaptativas de curto prazo requerem investigação adicional. Métodos: Este estudo teve como objetivo avaliar as respostas fisiológicas e produtivas específicas da raça a uma onda de calor natural de 4 dias em 40 vacas em lactação (20 Holandesas, 20 Brown Swiss) do mesmo rebanho leiteiro comercial, homogêneas quanto aos dias em lactação, escore de condição corporal, parição e produção de leite corrigida para energia. Antes da onda de calor, as vacas experimentaram pelo menos 48 h em condições termoneutras. Parâmetros fisiológicos foram registrados três vezes ao dia (4:00 h, 15:00 h e 20:00 h). Amostras de sangue foram coletadas antes da onda de calor (D1, 4:00 h, condições termoneutras) e no momento mais quente do quarto dia (D4, 15:00 h, condições de estresse térmico). Resultados e Discussão: A onda de calor impactou negativamente os parâmetros fisiológicos em ambas as raças. A temperatura retal aumentou diariamente das 4:00 h às 15:00 h (p < 0,01), com as vacas Holandesas apresentando valores consistentemente mais altos que as Brown Swiss (p < 0,01). A frequência respiratória atingiu seu ponto mais baixo às 4:00 h cada dia (p < 0,01), mas permaneceu elevada às 20:00 h, apesar da diminuição do ITU, indicando carga térmica acumulada. Embora ambas as raças tenham seguido uma tendência similar, as Holandesas exibiram maior capacidade de recuperação noturna em comparação com as Brown Swiss. Quanto à produtividade, as vacas Brown Swiss mantiveram produção de leite estável do D1 ao D4, enquanto as Holandesas mostraram um declínio progressivo na produção de leite durante a onda de calor (p < 0,01). A maioria dos parâmetros sanguíneos não mostrou diferenças significativas entre raças (p > 0,05), mas a proteína de choque térmico 70, um regulador chave da adaptação térmica, exibiu uma tendência crescente em ambas as raças (p < 0,01), aparecendo mais cedo que outros indicadores fisiológicos de estresse térmico. Conclusão: Este estudo, conduzido sob condições idênticas, destaca respostas distintas específicas da raça ao estresse térmico de curta duração. Os achados sugerem que as vacas Brown Swiss podem ser mais resilientes ao estresse térmico em termos de produtividade, enquanto as Holandesas mostram melhor recuperação noturna. Pesquisas adicionais devem explorar outros marcadores fisiológicos e moleculares para melhor caracterizar as diferenças entre raças e melhorar as estratégias de mitigação do estresse térmico na pecuária leiteira. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Acclimatization response to a short-term heat wave during summer in lactating Brown Swiss and Holstein Friesian cows: Introduction: Dairy cows are highly susceptible to heat stress, raising concerns about animal welfare, production efficiency, and economic losses. Previous studies suggest that Holstein and Brown Swiss breeds exhibit different levels of thermal tolerance, but their short-term adaptive responses require further investigation. Methods: This study aimed to evaluate breed-specific physiological and productive responses to a 4-day natural heat wave in 40 lactating cows (20 Holstein, 20 Brown Swiss) from the same commercial dairy farm, homogeneous for days in milk, body condition score, parity, and energy-corrected milk yield. Before the heat wave, cows experienced at least 48 h in thermoneutral conditions. Physiological parameters were recorded three times daily (4:00 AM, 3:00 PM, and 8:00 PM). Blood samples were collected before the heat wave (D1, 4:00 AM, thermoneutral conditions) and at the warmest moment of the fourth day (D4, 3:00 PM, heat stress conditions). Results and Discussion: The heat wave negatively impacted physiological parameters in both breeds. Rectal temperature increased daily from 4:00 AM to 3:00 PM (p < 0.01), with Holstein cows showing consistently higher values than Brown Swiss (p < 0.01). Respiration rate reached its lowest point at 4:00 AM each day (p < 0.01) but remained elevated at 8:00 PM, despite decreasing THI, indicating accumulated heat load. While both breeds followed a similar trend, Holsteins exhibited a greater capacity for overnight recovery compared to Brown Swiss. Regarding productivity, Brown Swiss cows maintained stable milk yield (MY) from D1 to D4, whereas Holsteins showed a progressive MY decline throughout the heat wave (p < 0.01). Most blood parameters showed no significant breed differences (p > 0.05), but heat shock protein 70, a key regulator of thermal adaptation, exhibited an increasing trend in both breeds (p < 0.01), appearing earlier than other physiological indicators of heat stress. Conclusion: This study, conducted under identical conditions, highlights distinct breed-specific responses to short-term heat stress. The findings suggest that Brown Swiss cows may be more resilient to heat stress in terms of productivity, while Holsteins show better nighttime recovery. Further research should explore additional physiological and molecular markers to better characterize breed differences and improve heat stress mitigation strategies in dairy farming. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A terapia de fotohipertermia em temperatura moderada (PHT leve) representa uma estratégia terapêutica promissora no combate ao câncer, porém a resistência térmica é um fator significativo que limita sua eficácia terapêutica. Este estudo apresenta um disruptor de energia direcionado à mitocôndria que sinergicamente aumenta a eficácia da PHT leve em câncer de pulmão ortotópico através da reversão da tolerância térmica mediada pela proteína de choque térmico 70 (Hsp70) e do bloqueio da biossíntese mitocondrial de adenosina trifosfato (ATP). Esta estratégia baseia-se principalmente nas sondas mito-siH-SERS, consistindo em nanopartículas de espectroscopia Raman amplificada por superfície (SERS) direcionadas à mitocôndria carregadas com RNA de interferência pequeno contra Hsp70 (siHsp70). A sonda mito-siH-SERS pode desencadear dano mitocondrial direcionado devido ao efeito de PHT leve sob irradiação de luz infravermelha próxima. Evidentemente, tanto o siHsp70 liberado quanto a disfunção mitocondrial induzida fototermicamente coletivamente reduzem a expressão intracelular de Hsp70. Ao interromper o suprimento de energia mitocondrial e reverter a tolerância térmica, esta estratégia alcança desempenho terapêutico notável para o tratamento de PHT leve guiado por SERS de tumores pulmonares ortotópicos em camundongos. No geral, este trabalho fornece uma estratégia eficaz para restringir o suprimento de energia mitocondrial e reduzir a resistência térmica tumoral para PHT leve amplificada no câncer. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mitochondria-Targeted Energy Disruptor for Augmented Mild Hyperthermia Therapy of Orthotopic Lung Cancer: Mild-temperature photohyperthermia therapy (mild PHT) represents a promising therapeutic strategy for fighting against cancer, yet thermal resistance is a significant factor limiting its therapeutic potency. Herein, this study presents a mitochondria-targeted energy disruptor that synergistically enhances mild PHT efficacy in orthotopic lung cancer through heat shock protein 70 (Hsp70)-mediated thermal tolerance reversal and mitochondrial adenosine triphosphate (ATP) biosynthesis blockade. This strategy is primarily based on the mito-siH-SERS probes consisting of mitochondria-targeted surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) nanoparticles loaded with small-interference RNA against Hsp70 (siHsp70). The mito-siH-SERS probe can trigger targeted mitochondrial damage due to the mild PHT effect under near-infrared light irradiation. Evidently, both the released siHsp70 and photothermally induced mitochondrial dysfunction collectively downregulate the intracellular Hsp70 expression. Through disrupting the mitochondrial energy supply and reversing the thermal tolerance, this strategy achieves remarkable therapeutic performance for SERS-guided mild PHT treatment of orthotopic lung tumors in mice. Overall, this work provides an effective strategy for restraining the mitochondrial energy supply and reducing the tumor thermal resistance for amplified cancer mild PHT. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cronobacter spp. exibem notável resiliência a estresses ambientais extremos, incluindo condições térmicas, ácidas, de dessecação e osmóticas, representando desafios significativos para a segurança alimentar. Sua termotolerância depende de proteínas de choque térmico (HSPs), ilhas genômicas de termotolerância, mecanismos aprimorados de reparo de DNA e ajustes metabólicos, garantindo sobrevivência em condições de alta temperatura. A tolerância ácida é alcançada através da regulação do pH interno, bombas de efluxo de ácido e proteínas de tolerância ácida, permitindo sobrevivência em matrizes alimentares ácidas e no trato gastrointestinal. A tolerância à dessecação é mediada pelo acúmulo de osmólitos protetores como a trealose, estabilizando proteínas e membranas para resistir à secura, especialmente em produtos alimentícios secos. Similarmente, a resiliência ao estresse osmótico é suportada por solutos compatíveis como trealose e glicina betaína, juntamente com adaptações metabólicas para equilibrar pressões osmóticas. Esses mecanismos destacam a adaptabilidade de Cronobacter spp. a diversos ambientes. Além disso, a exposição a estresses subletais, incluindo estresses térmicos, osmóticos, de secura e de pH, pode induzir resistência homóloga ou cruzada, complicando estratégias de controle. Compreender esses mecanismos de sobrevivência é essencial para mitigar os riscos de Cronobacter spp., especialmente em fórmula infantil em pó (PIF), e garantir a segurança alimentar. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Mechanisms of thermal, acid, desiccation and osmotic tolerance of Cronobacter spp.: Cronobacter spp. exhibit remarkable resilience to extreme environmental stresses, including thermal, acidic, desiccation, and osmotic conditions, posing significant challenges to food safety. Their thermotolerance relies on heat shock proteins (HSPs), thermotolerance genomic islands, enhanced DNA repair mechanisms, and metabolic adjustments, ensuring survival under high-temperature conditions. Acid tolerance is achieved through internal pH regulation, acid efflux pumps, and acid tolerance proteins, allowing survival in acidic food matrices and the gastrointestinal tract. Desiccation tolerance is mediated by the accumulation of protective osmolytes like trehalose, stabilizing proteins and membranes to withstand dryness, especially in dry food products. Similarly, osmotic stress resilience is supported by compatible solutes such as trehalose and glycine betaine, along with metabolic adaptations to balance osmotic pressures. These mechanisms highlight the adaptability of Cronobacter spp. to diverse environments. Moreover, exposure to sublethal stresses, including heat, osmotic, dry, and pH stresses, may induce homologous or cross-resistance, complicating control strategies. Understanding these survival mechanisms is essential to mitigate the risks of Cronobacter spp., especially in powdered infant formula (PIF), and ensure food safety. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As mudanças climáticas introduzem maior variabilidade térmica, afetando profundamente as espécies ectotérmicas cujas temperaturas corporais dependem fortemente do ambiente. Compreender as respostas fisiológicas e metabólicas a tal variabilidade é crucial para prever como essas espécies lidarão com climas em mudança. Este estudo investiga como o estresse térmico crônico impacta o metabolismo mitocondrial e parâmetros fisiológicos em Drosophila melanogaster, hipotetizando que um regime térmico flutuante (FTR) ativa mecanismos protetores que melhoram a tolerância ao estresse e a longevidade. Para testar isso, Drosophila foram expostas a 24°C constante ou a um FTR de 24°C:15°C (dia:noite) após um período inicial de 5 dias a 24°C. O grupo FTR exibiu mudanças rápidas nos níveis de transcrição após o primeiro dia de FTR, particularmente aquelas relacionadas a proteínas de choque térmico, mitofagia e fatores regulatórios, que retornaram aos níveis iniciais após 5 dias. As taxas de respiração mitocondrial diminuíram inicialmente após 1 e 2 dias de FTR, depois se recuperaram no dia 5, indicando rápida aclimatação. Atividades aprimoradas de enzimas antioxidantes foram observadas precocemente no grupo FTR, após 1 dia para mtSOD e SOD<inf>cit+ext</inf> e 3 dias para ambas SOD e catalase, seguidas por um declínio no dia 5, sugerindo manejo eficiente do estresse oxidativo. O grupo FTR mostrou menor CT<inf>max</inf> no dia 3, refletindo possível tensão fisiológica naquele momento, e recuperação completa no dia 5. A longevidade aumentou sob FTR, destacando a ativação de mecanismos protetores com efeitos benéficos de longo prazo. Estes resultados sugerem que o FTR promove uma sucessão temporal de ajustes fisiológicos rápidos em diferentes níveis de organização, melhorando a sobrevivência de longo prazo em D. melanogaster. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

From molecular to physiological responses: improved stress tolerance and longevity in Drosophila melanogaster under fluctuating thermal regimes: Climate change introduces greater thermal variability, profoundly affecting ectothermic species whose body temperatures rely heavily on the environment. Understanding the physiological and metabolic responses to such variability is crucial for predicting how these species will cope with changing climates. This study investigates how chronic thermal stress impacts mitochondrial metabolism and physiological parameters in Drosophila melanogaster, hypothesizing that a fluctuating thermal regime (FTR) activates protective mechanisms enhancing stress tolerance and longevity. To test this, Drosophila were exposed to constant 24°C or to an FTR of 24°C:15°C (day:night) cycle following an initial 5 day period at 24°C. The FTR group exhibited rapid transcript level changes after the first day of FTR, particularly those related to heat shock proteins, mitophagy and regulatory factors, which returned to initial levels after 5 days. Mitochondrial respiration rates initially decreased after 1 and 2 days of FTR, then recovered by day 5, indicating rapid acclimation. Enhanced antioxidant enzyme activities were observed early in the FTR group, after 1 day for mtSOD and SOD<inf>cyt+ext</inf> and 3 days for both SOD and catalase, followed by a decline by day 5, suggesting efficient oxidative stress management. The FTR group showed lower CT<inf>max</inf> on day 3, reflecting possible physiological strain at that time point, and complete recovery by day 5. Longevity increased under FTR, highlighting the activation of protective mechanisms with beneficial long-term effects. These results suggest that FTR prompts a temporal succession of rapid physiological adjustments at different levels of organisation, enhancing long-term survival in D. melanogaster. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em climas tropicais, o estresse térmico é um grande desafio para a produção pecuária. HSP70.1 é uma proteína ubiquitariamente expressa que mantém a maquinaria celular através do correto enovelamento de proteínas desnaturadas e previne a apoptose celular, protegendo a célula do estresse térmico. Portanto, a presente investigação foi realizada para explorar a variabilidade genética no gene HSP70.1 no gado Gangatiri, sua comparação com sequências de búfalos e a expressão diferencial em diferentes estações. A variante alélica foi identificada pelo sequenciamento do produto de PCR amplificado do gene HSP70.1 por primer walking. Amostras de RNA total por estação foram preparadas para o estudo de expressão diferencial. A técnica de QPCR Brilliant SYBR Green foi utilizada para estudar a cinética de expressão deste gene. O sequenciamento de DNA por primer walking identificou quatro variantes alélicas no gado Gangatiri. O estudo de alinhamento de sequências revelou quatro, seis e uma substituições na região 5′ não traduzida (5′UTR), codificante e região 3′ não traduzida (3′UTR) do gene HSP70.1, respectivamente. A análise comparativa do gene HSP70.1 revelou que o gado possui 5′UTR e 3′UTR mais curtos que os búfalos. No gado Gangatiri, a estação de verão tem expressão significativamente maior (P ≤ 0,05) de HSP70.1 que a primavera e o inverno. A expressão relativa de HSP70.1 aumentou mais de seis vezes no verão e cerca de 1,5 vezes maior no inverno em comparação com a estação da primavera. Portanto, HSP70.1 pode ser considerado como tendo um papel crítico no desenvolvimento da tolerância térmica no gado Gangatiri. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Molecular Characterization and Seasonal Variation in Expression of HSP70.1 Gene in Gangatiri Cattle and Its Comparison with Buffalo: Under tropical climate heat stress is a major challenge for livestock production. HSP70.1 is a ubiquitously expressed protein maintaining cellular machinery through proper folding of denatured proteins and prevents cellular apoptosis and protect cell from heat stress. Therefore, present investigation was undertaken to explore genetic variability in HSP70.1 gene in Gangatiri cattle, its comparison with buffalo sequences and differential expression in different season. The allelic variant was identified by sequencing amplified PCR product of HSP70.1 gene by primer walking. Season-wise total RNA samples was prepared for differential expression study. Brilliant SYBR Green QPCR technique was used to study the expression kinetics of this gene. DNA sequencing by primer walking identified four allelic variants in Gangatiri cattle. Sequence alignment study revealed four, six and one substitutions in the 5′ untranslated region (5′UTR), coding and 3′ untranslated region ((3′UTR) of HSP70.1 gene, respectively. Comparative analysis of HSP70.1 gene revealed that Cattle has shorter 5′UTR and 3′ UTR than the buffalo. In Gangatiri cattle, summer season has significantly higher (P ≤ 0.05) expression of HSP70.1 than the spring and winter. The relative expression of HSP70.1 was increased by more than six folds in summer and nearly 1.5 folds higher in winter in comparison to the spring season. Therefore, HSP70.1 may be considered to have a critical role in the development of thermal tolerance in Gangatiri cattle. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A proteína de choque térmico DnaJ, amplamente distribuída, é reconhecida por seu papel fundamental no aumento da tolerância térmica em plantas; no entanto, seu envolvimento na tolerância à seca permanece obscuro. Neste estudo, genes que codificam DnaJ1 foram clonados de tomate selvagem resistente à seca (Solanum pennellii) e tomate cultivado sensível à seca (Solanum lycopersicum). SpDnaJ1 e SlDnaJ1 de ambas as espécies de tomate foram localizadas no cloroplasto, e sua expressão gênica foi induzida por vários estresses abióticos. SpDnaJ1 mostrou-se um regulador mais potente que SlDnaJ1 na tolerância ao estresse oxidativo quando expressa em células de levedura. A superexpressão de SpDnaJ1 demonstrou conferir tolerância à seca em plantas transgênicas de tomate cultivado. Essas plantas transgênicas exibiram condutividade relativa reduzida, taxa de perda de água foliar e conteúdo de malondialdeído em comparação com plantas do tipo selvagem após tratamento de seca. A análise de RNA-seq revelou que a superexpressão de SpDnaJ1 afeta principalmente a expressão de genes associados a antioxidantes, inibidores de protease e sinalização MAPK em resposta ao estresse hídrico. A triagem de uma biblioteca de cDNA de tomate no sistema de duplo-híbrido de levedura identificou uma proteína similar à flavanona 3-hidroxilase (F3HL) como uma proteína interagente de DnaJ1. Achados subsequentes revelaram que F3HL aumenta a tolerância à seca em tomate ao aumentar a atividade de enzimas antioxidantes e eliminar espécies reativas de oxigênio. Esses achados demonstram um papel fundamental da interação DnaJ1-F3HL no aumento da tolerância à seca, revelando um novo mecanismo molecular na tolerância à seca em plantas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The DnaJ1 heat shock protein interacts with the flavanone 3-hydroxylase-like protein F3HL to synergistically enhance drought tolerance by scavenging reactive oxygen species in tomato: The widely distributed heat shock protein DnaJ is renowned for its pivotal role in enhancing thermal tolerance in plants; however, its involvement in drought tolerance remains elusive. In this study, genes encoding DnaJ1 were cloned from drought-resistant wild tomato (Solanum pennellii) and drought-sensitive cultivated tomato (Solanum lycopersicum). SpDnaJ1 and SlDnaJ1 from both tomato species were localized in the chloroplast, and their gene expression was induced by various abiotic stresses. SpDnaJ1 was found to be a more potent regulator than SlDnaJ1 in oxidative stress tolerance when expressed in yeast cells. Overexpression of SpDnaJ1 was demonstrated to confer drought tolerance in transgenic plants of cultivated tomato. These transgenic plants exhibited reduced relative conductivity, leaf water loss rate, and malondialdehyde content as compared to the wild-type plants following drought treatment. RNA-seq analysis revealed that overexpression of SpDnaJ1 primarily affects the expression of genes associated with antioxidants, protease inhibitors, and MAPK signaling in response to drought stress. Screening of a tomato cDNA library in the yeast two-hybrid system identified a flavanone 3-hydroxylase-like protein (F3HL) as an interacting protein of DnaJ1. Subsequent findings revealed that F3HL enhances drought tolerance in tomato by increasing the activity of antioxidant enzymes and scavenging reactive oxygen species. These findings demonstrate a pivotal role of DnaJ1–F3HL interaction in enhancing drought tolerance, unveiling a novel molecular mechanism in drought tolerance in plants. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento global induzido por atividades antropogênicas representa uma ameaça significativa aos ecossistemas de recifes de coral em todo o mundo. No entanto, certas espécies no Golfo Pérsico exibem resiliência notável a temperaturas elevadas em comparação com suas contrapartes em outros sistemas recifais. Para compreender a tolerância térmica em corais do Golfo Pérsico e suas respostas moleculares a temperaturas extremamente quentes, espécimes de Acropora downingi coletados da Ilha Larak foram submetidos a um choque térmico de 34 ± 1 °C. Avaliamos a coloração do coral, branqueamento e expressão de mRNA de biomarcadores relacionados a proteínas de choque térmico (HSPs) como Hsp70 e Hsp90, marcadores de estresse oxidativo como Catalase e superóxido dismutase de manganês (Cat e Mn-Sod), fatores anti-apoptóticos exemplificados por linfoma de células B 2 (Bcl-2), e genes relacionados à calcificação incluindo galaxina (Gal) após 24 h e 48 h de exposição ao choque térmico. A exposição de A. downingi a um choque térmico de 48 h a 34 °C resultou em desbotamento perceptível da coloração do coral em comparação com o grupo de controle. Apesar disso, os corais demonstraram resiliência e não sofreram branqueamento completo. Nossos achados também revelaram aumento significativo da expressão de mRNA de Hsp70, Hsp90, Cat, Mn-Sod, Bcl-2 e Gal após 24 h de estresse térmico. Entretanto, após 48 h, observou-se diminuição dos transcritos para Hsp90, Cat e Gal. Estes resultados sugerem os papéis fundamentais desempenhados por genes envolvidos nas vias de sinalização de HSP, respostas ao estresse oxidativo, processos anti-apoptóticos e processos de calcificação na adaptação do coral do Golfo Pérsico ao estresse térmico e sua resistência ao branqueamento. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Transcription of genes involved in bleaching of a coral reef species Acropora downingi (Wallace, 1999) in response to high temperature: Anthropogenic-induced global warming poses a significant threat to coral reef ecosystems worldwide. However, certain species within the Persian Gulf exhibit remarkable resilience to elevated temperatures compared to their counterparts in other reef systems. To understand the thermal tolerance in Persian Gulf corals and their molecular responses to extreme warm temperatures, Acropora downingi specimens collected from Larak Island were subjected to a heat shock of 34 ± 1 °C. We evaluated coral coloration, bleaching, and mRNA expression of biomarkers related to heat shock proteins (HSPs) such as Hsp70 and Hsp90, oxidative stress markers like Catalase and manganese superoxide dismutase (Cat and Mn-Sod), anti-apoptotic factors exemplified by B-cell lymphoma 2 (Bcl-2), and calcification-related genes including galaxin (Gal) after 24 h and 48 h of thermal shock exposure. Exposure of A. downingi to a 48-h heat shock at 34 °C resulted in noticeable fading of coral coloration compared to the control group. Despite this, the corals demonstrated resilience and did not undergo complete bleaching. Our findings also revealed significant increase of Hsp70, Hsp90, Cat, Mn-Sod, Bcl-2, and Gal mRNA expression after 24 h of thermal stress. However, after 48 h, transcripts for Hsp90, Cat, and Gal were observed to be decreased. These results suggest the pivotal roles played by genes involved in HSP signaling pathways, oxidative stress responses, anti-apoptosis processes, and calcification processes in the Persian Gulf coral's adaptation to thermal stress and its resistance to bleaching. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância à temperatura varia amplamente entre as espécies e desempenha um papel crucial na formação de adaptações fisiológicas e evolutivas. Aqui, investigamos as respostas ao estresse térmico em Caenorhabditis briggsae e Caenorhabditis elegans usando múltiplos isolados. Nossos resultados demonstram que C. briggsae exibe sobrevivência, crescimento e reprodução aprimorados em temperaturas elevadas em comparação com C. elegans. A maior resistência ao calor foi evidente desde o estágio larval L1. Notavelmente, isolados de C. briggsae de regiões tropicais e temperadas foram igualmente resistentes ao estresse térmico, sugerindo que a tolerância térmica elevada é uma característica intrínseca desta espécie. Para explorar a base genética molecular da tolerância térmica, examinamos a expressão de reguladores de choque térmico. A análise transcricional revelou que C. briggsae monta uma resposta rápida e robusta ao choque térmico, com CBG19186, o ortólogo mais próximo de C. elegans hsp-16.2, mostrando maior indução e dinâmica de recuperação mais rápida. A expressão máxima de hsp-16.2/CBG19186 ocorreu a uma temperatura 2°C mais alta em C. briggsae do que em C. elegans. Esses achados fornecem a primeira evidência in vivo de diferenças de temperatura na resposta transcricional de uma única proteína entre as 2 espécies, sugerindo que C. briggsae evoluiu para um limite térmico mais alto para processos moleculares-chave, provavelmente contribuindo para sua capacidade de suportar temperaturas extremas. Apesar de sua superior resistência térmica, C. briggsae mostrou maior sensibilidade ao estresse oxidativo, osmótico e do retículo endoplasmático, sugerindo uma possível compensação de aptidão. Nossos achados demonstram diferenças significativas nas sensibilidades ao estresse entre os 2 nematódeos, fornecendo uma base para investigações adicionais sobre os mecanismos moleculares e evolutivos subjacentes às suas respostas ao estresse. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Heat tolerance and genetic adaptations in Caenorhabditis briggsae: Insights from comparative studies with Caenorhabditis elegans: Temperature tolerance varies widely across species and plays a crucial role in shaping physiological and evolutionary adaptations. Here, we investigate thermal stress responses in Caenorhabditis briggsae and Caenorhabditis elegans using multiple isolates. Our results demonstrate that C. briggsae exhibits enhanced survival, growth, and reproduction at elevated temperatures compared to C. elegans. The increased heat resistance was evident from the L1 larval stage. Notably, C. briggsae isolates from both tropical and temperate regions were equally resistant to heat stress, suggesting that elevated thermal tolerance is an intrinsic feature of this species. To explore the molecular genetic basis of thermal tolerance, we examined expression of heat shock regulators. Transcriptional analysis revealed that C. briggsae mounts a rapid and robust heat shock response, with CBG19186, the closest ortholog of C. eleganshsp-16.2, showing higher induction and faster recovery dynamics. The peak expression of hsp-16.2/CBG19186 occurred at a temperature 2°C higher in C. briggsae than in C. elegans. These findings provide the first in vivo evidence of temperature differences in the transcriptional response of a single protein between the 2 species, suggesting that C. briggsae has evolved a higher thermal limit for key molecular processes, likely contributing to its ability to withstand extreme temperatures. Despite its superior thermal resistance, C. briggsae showed higher sensitivity to oxidative, osmotic, and endoplasmic reticulum stress, suggesting a potential fitness trade-off. Our findings demonstrate significant differences in stress sensitivities between the 2 nematodes, providing a foundation for further investigations into the molecular and evolutionary mechanisms underlying their stress responses. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aquecimento climático global e as ondas de calor frequentes representam ameaças significativas ao crescimento e sobrevivência dos organismos marinhos. O búzio-marfim, Babylonia areolata, desempenha um papel crucial na aquicultura marinha como um molusco amplamente distribuído em mares tropicais e subtropicais. No entanto, pesquisas limitadas foram conduzidas sobre seus mecanismos moleculares em resposta ao estresse térmico. Este estudo visa explorar genes relacionados à tolerância térmica e vias regulatórias através da construção de uma biblioteca de cDNA sob estresse térmico e utilizando um método de triagem de alto rendimento baseado em levedura. Após a exposição de três populações ao estresse térmico agudo, uma biblioteca de cDNA de estresse térmico foi construída com capacidade de 1,104 × 10⁸, contendo 2,208 × 10⁸ clones. Subsequentemente, a biblioteca foi transformada na levedura INVSc1 e submetida à triagem em alta temperatura a 39 °C. Todos os clones positivos foram então submetidos ao sequenciamento de próxima geração (NGS) para identificação rápida de 1148 genes candidatos associados à tolerância térmica. A análise de enriquecimento revelou que esses genes foram significativamente enriquecidos em sete vias KEGG, incluindo Processamento de proteínas no retículo endoplasmático, Ribossomo e Proteólise mediada por ubiquitina. Adicionalmente, através do sequenciamento de primeira geração de 96 clones positivos selecionados aleatoriamente a 39 °C, identificamos 51 sequências únicas associadas ao estresse térmico que incluíam genes previamente relatados como EEF2, HSPB1, UBC e HSPA4. Experimentos subsequentes de tolerância térmica em levedura validaram ainda mais o papel essencial desempenhado por esses 51 genes em resposta a condições de estresse térmico. Finalmente, dados de RNA-seq forneceram evidências para níveis de expressão regulados positivamente desses genes durante a exposição a temperaturas elevadas. Este estudo construiu com sucesso a primeira biblioteca de cDNA para B. areolata sob condições de estresse térmico, identificou vias-chave e genes candidatos associados à tolerância térmica, e demonstrou a aplicabilidade de métodos de triagem de alto rendimento em levedura na investigação de características de resistência ao estresse em invertebrados. Esses achados contribuem para uma compreensão mais profunda das estratégias empregadas por B. areolata para responder ao estresse térmico, e fornecem suporte técnico para estudar os mecanismos moleculares subjacentes às respostas a estresses abióticos em organismos aquáticos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

High-throughput screening of thermal tolerant candidate genes in the ivory shell (Babylonia areolata) based on the yeast strain INVSc1: Global climate warming and frequent heatwaves present significant threats to the growth and survival of marine organisms. The ivory shell, Babylonia areolata, plays a crucial role in marine aquaculture as a widely distributed mollusk in tropical and subtropical seas. However, limited research has been conducted on its molecular mechanisms in response to heat stress. This study aims to explore thermal-tolerant related genes and regulatory pathways by constructing a cDNA library under heat stress and using a yeast-based high-throughput screening method. Following exposure of three populations to acute heat stress, a heat stress cDNA library was constructed with a capacity of 1.104 × 108, containing 2.208 × 108 clones. Subsequently, the library was transformed into yeast INVSc1 and underwent high-temperature screening at 39 °C. All positive clones were then subjected to next-generation sequencing (NGS) for rapid identification of 1148 candidate genes associated with thermal tolerance. Enrichment analysis revealed that these genes were significantly enriched in seven KEGG pathways, including Protein processing in endoplasmic reticulum, Ribosome and Ubiquitin mediated proteolysis. Additionally, through first-generation sequencing of 96 randomly selected positive clones at 39 °C, we identified 51 unique sequences associated with heat stress which included previously reported genes like EEF2, HSPB1, UBC and HSPA4. Subsequent yeast heat tolerance experiments further validated the essential role played by these 51 genes in response to thermal stress conditions. Finally, RNA-seq data provided evidence for upregulated expression levels of these genes during exposure to elevated temperatures. This study successfully constructed the first cDNA library for B. areolata under heat stress conditions, identified key pathways and candidate genes associated with thermal tolerance, and demonstrated the applicability of yeast high-throughput screening methods in investigating stress resistance traits in invertebrates. These findings contribute to a deeper understanding of the strategies employed by B. areolata to respond to heat stress, and provide technical support for studying the molecular mechanisms underlying abiotic stress responses in aquatic organisms. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

De uma perspectiva de conservação, é importante identificar quando temperaturas subletais começam a afetar adversamente um organismo. No entanto, não está claro se, durante exposições agudas, os limiares celulares subletais ocorrem em temperaturas similares a outras mudanças fisiológicas ou comportamentais, ou em temperaturas associadas com parâmetros fisiológicos comuns medidos em peixes para estimar a tolerância térmica. Para testar isso, estimamos a preferência térmica (15,1 ±1,1°C, média±d.p.) usando uma caixa de escolha térmica, a temperatura de agitação (22,0 ±1,4°C), definida como o ponto onde um peixe exibe uma resposta comportamental de evitação, e o limite térmico superior (CT<inf>máx</inf>, 28,2±0,4°C) para trutas-de-riacho (Salvelinus fontinalis) de 1 ano de idade aclimatadas a 10°C. Em seguida, expusemos agudamente um subconjunto diferente de peixes às temperaturas médias associadas com os parâmetros fisiológicos predeterminados e coletamos tecidos quando eles atingiram a temperatura alvo ou após 60 minutos de recuperação a 10°C para análise transcriptômica. Usamos qPCR para estimar os níveis de transcritos de mRNA de genes associados com proteínas de choque térmico, estresse oxidativo, apoptose e fatores de transcrição induzíveis. Uma grande mudança na resposta do transcriptoma ocorreu uma vez que a temperatura de agitação foi atingida, o que pode identificar uma possível ligação entre a resposta celular ao estresse e a resposta comportamental de evitação. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Behavioural responses to acute warming precede critical shifts in the cellular and physiological thermal stress responses in a salmonid fish (brook trout, Salvelinus fontinalis): From a conservation perspective, it is important to identify when sub-lethal temperatures begin to adversely impact an organism. However, it is unclear whether, during acute exposures, sub-lethal cellular thresholds occur at similar temperatures to other physiological or behavioural changes, or at temperatures associated with common physiological endpoints measured in fishes to estimate thermal tolerance. To test this, we estimated temperature preference (15.1 ±1.1°C, mean±s.d.) using a shuttle box, agitation temperature (22.0 ±1.4°C), defined as the point where a fish exhibits a behavioural avoidance response, and the upper thermal limit (CT<inf>max</inf>, 28.2±0.4°C) for 1 year old brook trout (Salvelinus fontinalis) acclimated to 10°C. We then acutely exposed a different subset of fish to the mean temperatures associated with the pre-determined physiological endpoints and sampled tissues when they reached the target temperature or after 60 min of recovery at 10°C for transcriptomic analysis. We used qPCR to estimate mRNA transcript levels of genes associated with heat shock proteins, oxidative stress, apoptosis and inducible transcription factors. A major shift in the transcriptome response occurred once the agitation temperature was reached, which may identify a possible link between the cellular stress response and the behavioural avoidance response. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A proteção cruzada ocorre quando a exposição a um estressor confere maior tolerância contra um estressor diferente. Alternativamente, a exposição a um estressor poderia resultar em tolerância reduzida contra outros estressores. Embora a proteção cruzada tenha sido documentada em uma ampla gama de táxons nos estágios de vida juvenil e adulto, se a exposição precoce do desenvolvimento a um estressor confere proteção cruzada ou tolerância reduzida a outros estressores mais tarde na vida através da plasticidade do desenvolvimento permanece em grande parte inexplorado. Neste estudo, examinamos se a temperatura alterada durante o desenvolvimento embrionário resulta em plasticidade do desenvolvimento na tolerância térmica superior ou tolerância à hipóxia usando um pequeno peixe Fundulus heteroclitus, e examinamos potenciais mecanismos moleculares subjacentes. Incubamos embriões em uma de duas temperaturas ecologicamente relevantes (20°C ou 26°C) até a eclosão. Uma vez eclodidos, os peixes foram criados a uma temperatura comum de 20°C por 1 ano, e a tolerância foi avaliada em juvenis (6 meses) e adultos jovens (1 ano). A temperatura de desenvolvimento não teve efeito significativo na tolerância térmica (CT<inf>max</inf>) em peixes juvenis, ou na abundância de transcritos de genes relacionados à tolerância térmica (proteínas de choque térmico constitutivas, hsc70, hsp90b). Em contraste, a temperatura de desenvolvimento reduzida diminuiu a tolerância à hipóxia, mas aumentou os níveis de transcrito do fator induzível por hipóxia hif1α em peixes juvenis, mas os efeitos foram menos evidentes em peixes mais velhos. No geral, não encontramos nenhuma indicação de plasticidade do desenvolvimento para tolerância térmica, mas houve evidências de impactos negativos da menor temperatura de desenvolvimento na tolerância à hipóxia em juvenis associados a mudanças na expressão gênica, fornecendo evidências de plasticidade do desenvolvimento entre estressores e níveis de organização. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Exposure to sub-optimal temperature during early development decreases hypoxia tolerance in juvenile Fundulus heteroclitus: Cross-protection occurs when exposure to one stressor confers heightened tolerance against a different stressor. Alternatively, exposure to one stressor could result in reduced tolerance against other stressors. Although cross-protection has been documented in a wide range of taxa at juvenile and adult life stages, whether early developmental exposure to a stressor confers cross-protection or reduced tolerance to other stressors later in life through developmental plasticity remains largely unexplored. In this study, we examined whether altered temperature during embryonic development results in developmental plasticity in upper thermal tolerance or hypoxia tolerance using a small topminnow, Fundulus heteroclitus, and examined potential underlying molecular mechanisms. We incubated embryos at one of two ecologically relevant temperatures (20°C or 26°C) until hatch. Once hatched, fish were raised at a common temperature of 20°C for 1 year, and tolerance was assessed in both juveniles (6 months) and early adults (1 year). Developmental temperature had no significant effect on thermal tolerance (CT<inf>max</inf>) in juvenile fish, or on the transcript abundance of thermal tolerance-related genes (constitutive heat shock proteins, hsc70, hsp90b). In contrast, reduced developmental temperature decreased hypoxia tolerance but increased transcript levels of the hypoxia inducible factor hif1α in juvenile fish but the effects were less evident in older fish. Overall, we found no indication of developmental plasticity for thermal tolerance, but there was evidence of negative impacts of lower developmental temperature on hypoxia tolerance in juveniles associated with changes in gene expression, providing evidence of developmental plasticity across stressors and levels of organization. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As temperaturas drasticamente altas desencadeadas pelas mudanças climáticas globais ameaçam o crescimento e a produtividade do milho. Nos últimos anos, atenção crescente tem se voltado para os impactos do dano térmico no milho. No entanto, os mecanismos moleculares por trás da adaptação do milho ao estresse térmico permanecem em grande parte inexplorados. Para descobrir como as plantas se protegem do estresse térmico, realizamos uma análise fosfoproteômica em folhas de milho usando métodos proteômicos quantitativos multiplex baseados em iTRAQ e LC-MS/MS. Um total de 1594 fosfopeptídeos atribuídos a 875 proteínas foram identificados. Uma análise de enriquecimento funcional das proteínas e fosfoproteínas revelou que as respostas térmicas iniciais do milho estavam associadas a modificações traducionais e pós-traducionais, renovação proteica e ligação de chaperonas na via MAPK. Uma análise de motivos também produziu um número significativo de potenciais substratos de MAPK. A caracterização funcional das fosfoproteínas e vias identificadas aqui fornecerá novas percepções para melhorar a tolerância térmica das culturas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Phosphoproteomic Analysis of Maize Seedlings Provides Insights into the Mechanisms of Heat-Stress Tolerance: The dramatically high temperatures triggered by global climate change threaten maize growth and yield. In recent years, increasing attention has focused on the impacts of heat injury on maize. However, the molecular mechanisms behind maize’s adaptation to heat stress remain largely unexplored. To uncover how plants protect themselves from heat stress, we performed a phosphoproteomic analysis on maize leaves by using multiplex iTRAQ-based quantitative proteomic and LC-MS/MS methods. A total of 1594 phosphopeptides ascribed to 875 proteins were identified. A functional enrichment analysis of the proteins and phosphoproteins revealed that the early thermal responses of maize were associated with translational and post-translational modifications, protein turnover, and chaperone binding in the MAPK pathway. A motif analysis also yielded a significant number of potential MAPK substrates. The functional characterization of the phosphoproteins and pathways identified here will provide new insights for improving crop thermal tolerance. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A evolução da tolerância ao aquecimento pode ajudar espécies a resistir aos impactos das mudanças climáticas, mas também pode levar a resultados negativos de aptidão. Identificar respostas correlacionadas à evolução da tolerância ao aquecimento poderia identificar tais consequências negativas e ajudar a descobrir os mecanismos subjacentes. Ao avaliar as respostas correlacionadas de características de história de vida e fisiológicas a sete gerações de seleção artificial para aumentar ou diminuir o limite agudo de tolerância térmica superior (CT<inf>máx</inf>) em zebrafish (Danio rerio), mostramos que linhagens adaptadas ao aquecimento têm tolerância ao resfriamento melhorada. Além disso, a ausência de diferença entre linhagens selecionadas no escopo metabólico aeróbico, níveis de proteínas de choque térmico cerebral, fecundidade, crescimento ou velocidade de nata contradiz várias hipóteses sobre os mecanismos que controlam a tolerância aguda ao aquecimento. Estes resultados sugerem que a seleção devido a eventos de aquecimento agudo não tem como alvo a variação nas taxas metabólicas, mas pode beneficiar a tolerância ao frio, tornando os indivíduos mais resilientes a eventos de temperatura extrema. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evolution of warming tolerance alters physiology and life history traits in zebrafish: Evolution of warming tolerance may help species resist the impacts of climate change but can also lead to negative fitness outcomes. Identifying correlated responses to warming tolerance evolution could identify such negative consequences and help uncover the underlying mechanisms. By assessing the correlated responses of life history and physiological traits to seven generations of artificial selection to increase or decrease the acute upper thermal tolerance limit (CT<inf>max</inf>) in zebrafish (Danio rerio), we show that warming-adapted lines have improved cooling tolerance. Furthermore, the absence of difference between selected lines in aerobic metabolic scope, brain heat shock protein levels, fecundity, growth or swimming speed contradicts several hypotheses concerning the mechanisms controlling acute warming tolerance. These results suggest that selection due to acute heating events does not target variation in metabolic rates but can benefit tolerance to cold, making individuals more resilient to extreme temperature events. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento das temperaturas da água devido às mudanças climáticas representa uma ameaça significativa para Phoxinus lagowskii, um peixe de água fria ecologicamente vital para as regiões de alta latitude da China. Este estudo avaliou os efeitos do estresse térmico nas respostas comportamentais, hematológicas, histológicas, fisiológicas e moleculares em P. lagowskii. A temperatura crítica máxima (CTmax) foi determinada usando o método da perda de equilíbrio (LOE), com a CTmax atingindo 29 °C. Temperaturas elevadas levam a um aumento no OBR. Os peixes foram submetidos a estresse térmico agudo a 28 °C (abaixo da CTmax) por 48 h, com amostras coletadas durante o período de 48 h. RBC, WBC, HGB e HCT aumentaram significativamente durante o estresse térmico, mas diminuíram 12 h após o estresse térmico. Os níveis de cortisol sérico e glicose sanguínea após o estresse térmico foram significativamente maiores do que os do grupo de controle. Após o estresse térmico, a altura do ILCM nas brânquias aumentou significativamente, e o fígado exibiu degeneração vacuolar e hipopigmentação. As atividades de Na+-K+-ATPase e Ca2+-Mg2+-ATPase nas brânquias inicialmente aumentaram e depois diminuíram ao longo da duração do estresse térmico. A maioria das atividades enzimáticas (PK, LDH, PFK e HK) diminuiu durante o estresse térmico, enquanto os níveis de LPL e HL aumentaram, indicando que o metabolismo lipídico foi o principal processo de utilização sob estresse térmico. Houve um aumento na atividade de SOD às 12 h, seguido por uma diminuição às 24 h, e um aumento na atividade de CAT sob estresse térmico. Resposta integrada de biomarcadores (IBR) e análise de componentes principais (PCA) foram empregadas para sintetizar respostas multinível. Os valores de IBR atingiram seu pico às 3 h e 48 h de estresse térmico. Observamos uma regulação positiva de proteínas de choque térmico (Hsp70, Hsp90 e Hsc70), bem como de interleucina-10 (IL-10) em resposta ao estresse térmico. Nossos achados oferecem novas perspectivas sobre os mecanismos subjacentes à resposta ao estresse térmico em P. lagowskii, aprimorando assim nossa compreensão dos efeitos do estresse térmico em peixes de água fria. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Behavioral, Hematological, Histological, Physiological Regulation and Gene Expression in Response to Heat Stress in Amur Minnow (Phoxinus lagowskii): Rising water temperatures due to climate change pose a significant threat to Phoxinus lagowskii, a cold-water fish that is ecologically vital to the high-latitude regions of China. This study assessed heat stress effects on behavioral, hematological, histological, physiological, and molecular responses in P. lagowskii. The critical maximum temperature (CT<inf>max</inf>) was determined using the loss of equilibrium (LOE) method, with the CT<inf>max</inf> reaching 29 °C. Elevated temperatures lead to an increase in the OBR. Fish were subjected to acute heat stress at 28 °C (below CT<inf>max</inf>) for 48 h, with samples collected during the 48 h period. RBC, WBC, HGB, and HCT significantly increased during heat stress but decreased 12 h after heat stress. The levels of serum cortisol and blood glucose after heat stress were significantly higher than those in the control group. After heat stress, the height of the ILCM in the gills increased significantly, and the liver exhibited vacuolar degeneration and hypopigmentation. The activities of Na+-K+-ATPase and Ca2+-Mg2+-ATPase in the gills initially increased and then decreased over the duration of heat stress. Most enzyme activities (PK, LDH, PFK, and HK) decreased during heat stress, while LPL and HL levels increased, indicating that lipid metabolism was the primary utilization process under heat stress. There was an increase in SOD activity at 12 h, followed by a decrease at 24 h, and an increase in CAT activity under heat stress. Integrated biomarker response (IBR) and principal component analysis (PCA) were employed to synthesize multi-level responses. The IBR values reached their peak at 3 h and 48 h of heat stress. We observed an upregulation of heat shock proteins (Hsp70, Hsp90, and Hsc70) as well as interleukin-10 (IL-10) in response to heat stress. Our findings offer novel insights into the mechanisms underlying the heat stress response in P. lagowskii, thereby enhancing our understanding of the effects of heat stress on cold-water fish. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Microrganismos como leveduras probióticas e bactérias lácticas são capazes de sobreviver—e em alguns casos prosperar—sob condições desafiadoras, incluindo variações na composição da ração, níveis de umidade e altas temperaturas tipicamente encontradas durante o processamento de rações, como a peletização a vapor. O objetivo principal deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes temperaturas e tempos de exposição na viabilidade de probióticos à base de leveduras e bactérias lácticas em solução aquosa. Em seguida, os probióticos foram liofilizados e incorporados separadamente em uma matriz de ração para avaliar sua sobrevivência durante processos de peletização simulados e reais. Além disso, foi realizada uma análise comparativa para avaliar a viabilidade de Saccharomyces boulardii RC009 sob dois métodos diferentes de secagem: liofilização e secagem em leito fluidizado. Todas as cepas avaliadas exibiram termorresistência em toda a faixa de temperatura testada, com as leveduras demonstrando maior resistência do que as cepas bacterianas. Notavelmente, Saccharomyces spp. e Pediococcus pentosaceus mostraram a maior tolerância térmica. Essa resiliência aprimorada pode ser atribuída à presença de proteínas de choque térmico (Hsps) e sistemas de defesa antioxidante em leveduras, e à produção de exopolissacarídeos termoestáveis (EPS-DPS) em P. pentosaceus. Com base nessas descobertas, os probióticos liofilizados foram integrados com sucesso em uma matriz de ração e submetidos a processos de granulação para avaliar sua viabilidade pós-processamento. Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a avaliar sistematicamente o impacto da temperatura e do tempo de exposição na viabilidade de probióticos durante tratamentos tecnológicos pré e pós no contexto da produção de rações. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Evaluating the impact of temperatures and exposure times on probiotics viability under pre- and post- technological processes: Microorganisms such as probiotic yeasts and lactic acid bacteria are capable of surviving—and in some cases thriving—under challenging conditions, including varying feed compositions, moisture levels, and high temperatures typically encountered during feed processing, such as steam pelleting. The primary objective of this study was to evaluate the effect of different temperatures and exposure times on the viability of yeast- and lactic acid bacteria-based probiotics in aqueous solution. Following this, the probiotics were freeze-dried and incorporated separately into a feed matrix to assess their survival during both simulated and actual pelleting processes. In addition, a comparative analysis was conducted to evaluate the viability of Saccharomyces boulardii RC009 under two different drying methods: freeze-drying and fluidized bed drying. All strains evaluated exhibited thermoresistance across the tested temperature range, with yeasts demonstrating greater resistance than bacterial strains. Notably, Saccharomyces spp. and Pediococcus pentosaceus showed the highest thermal tolerance. This enhanced resilience may be attributed to the presence of heat shock proteins (Hsps) and antioxidant defense systems in yeasts, and the production of heat-stable exopolysaccharides (EPS-DPS) in P. pentosaceus. Building on these findings, the freeze-dried probiotics were successfully integrated into a feed matrix and subjected to granulation processes to evaluate their viability post-processing. To our knowledge, this is the first study to systematically assess the impact of temperature and exposure time on probiotic viability during both pre- and post-technological treatments in the context of feed production. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As comunidades microbianas do solo desempenham papéis vitais na estabilidade ecológica e oferecem potencial significativo para inovações biotecnológicas. Esses microrganismos frequentemente encontram estressores abióticos como o calor, que pode ativar mecanismos de proteção incluindo a superexpressão de proteínas de choque térmico (HSPs). Neste estudo, uma bactéria do solo resiliente, Priestia aryabhattai linhagem PSK.N2, foi isolada dos Gates Ocidentais da Índia e identificada através de uma abordagem polifásica. Os parâmetros de crescimento foram otimizados antes de submeter a linhagem ao estresse térmico, tanto isoladamente quanto na presença de concentrações subletais de antibióticos que visam processos celulares distintos: replicação de DNA, transcrição de RNA, síntese proteica e biossíntese da parede celular. A análise comparativa de proteínas (via SDS-PAGE), ensaios de agregação proteica e avaliações de sobrevivência (diluição em ponto único e enumeração de UFC) revelaram que células submetidas ao estresse térmico mostraram tolerância térmica aumentada em comparação com aquelas cultivadas em condições ótimas. Esta resistência aumentada foi associada à superexpressão transitória de proteínas relacionadas ao estresse de ~17-90 kDa. Em contraste, células tratadas com antibióticos que inibem a transcrição e tradução (rifampicina e cloranfenicol) mostraram tolerância diminuída, provavelmente devido ao comprometimento da síntese de proteínas de resposta ao estresse. Estes achados sugerem que a pré-exposição ao estresse aumenta a preparação celular através da indução seletiva de proteínas, oferecendo insights para o desenvolvimento de linhagens microbianas resistentes ao estresse para aplicações em bioprocessamento, remediação ambiental e terapêutica microbiana. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Stress-induced proteins enhance thermal endurance in soil bacterium Priestia aryabhattai strain PSK.N2: Soil microbial communities play vital roles in ecological stability and offer significant potential for biotechnological innovations. These microorganisms frequently encounter abiotic stressors such as heat, which can activate protective mechanisms including the overexpression of heat shock proteins (HSPs). In this study, a resilient soil bacterium, Priestia aryabhattai strain PSK.N2, was isolated from the Western Ghats of India and identified through a polyphasic approach. Growth parameters were optimized before subjecting the strain to heat stress, both alone and in the presence of sub-lethal concentrations of antibiotics that target distinct cellular processes; DNA replication, RNA transcription, protein synthesis, and cell wall biosynthesis. Comparative protein profiling (via SDS-PAGE), protein aggregation assays, and survival assessments (single spot dilution and CFU enumeration) revealed that heat-stressed cells showed enhanced thermal tolerance compared to those grown under optimal conditions. This increased endurance was associated with the transient overexpression of ~ 17–90 kDa stress-related proteins. In contrast, cells treated with transcription and translation-inhibiting antibiotics (rifampicin and chloramphenicol) showed diminished tolerance, likely due to impaired synthesis of stress-response proteins. These findings suggest that pre-exposure to stress enhances cellular preparedness through selective protein induction, offering insights for developing stress-resilient microbial strains for applications in bioprocessing, environmental remediation, and microbial therapeutics. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O pulgão-da-soja, Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae), é uma praga importante em campos de soja. Embora o estresse por alta temperatura induzido pelo aquecimento global possa inicialmente suprimir as populações de pulgões, essas pragas podem eventualmente se adaptar, levando a infestações mais severas e danos às culturas. As proteínas de choque térmico (HSPs), que são reguladas positivamente em resposta ao estresse térmico para proteger o desenvolvimento dos pulgões, também conferem tolerância a outros estressores abióticos, incluindo inseticidas. Para investigar o papel das HSPs na resistência a inseticidas em A. glycines, analisamos os perfis de expressão de três genes AgHsp90 (AgHsp75, AgHsp83 e AgGrp94) após exposição a altas temperaturas e inseticidas. A validação funcional foi realizada usando interferência de RNA (RNAi) para silenciar os genes AgHsp90. Nossos resultados demonstraram que os genes AgHsp90 foram significativamente regulados positivamente sob condições de estresse térmico e por inseticidas. Além disso, após alimentação com dsRNA dos genes AgHsp90, as taxas de mortalidade de A. glycines aumentaram significativamente quando expostas a imidacloprido e lambda-cialotrina. Este estudo fornece evidências de que os genes AgHsp90 desempenham um papel crucial na mediação da tolerância térmica e resistência a inseticidas em A. glycines. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Expression of Heat Shock Protein 90 Genes Induced by High Temperature Mediated Sensitivity of Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae) to Insecticides: Soybean aphid, Aphis glycines Matsumura (Hemiptera: Aphididae), is a major pest of soybean fields. While high-temperature stress induced by global warming can initially suppress aphid populations, these pests may eventually adapt, leading to more severe infestations and crop damage. Heat shock proteins (HSPs), which are upregulated in response to heat stress to protect aphid development, also confer tolerance to other abiotic stressors, including insecticides. To investigate the role of HSPs in insecticide resistance in A. glycines, we analyzed the expression profiles of three AgHsp90 genes (AgHsp75, AgHsp83, and AgGrp94) following exposure to high temperatures and insecticides. Functional validation was performed using RNA interference (RNAi) to silence AgHsp90 genes. Our results demonstrated that AgHsp90 genes were significantly upregulated under both heat and insecticide stress conditions. Furthermore, after feeding on dsRNA of AgHsp90 genes, mortality rates of A. glycines significantly increased when exposed to imidacloprid and lambda-cyhalothrin. This study provides evidence that AgHsp90 genes play a crucial role in mediating thermal tolerance and insecticide resistance in A. glycines. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Para lidar melhor com as mudanças na temperatura da água, a maioria dos ectotérmicos aquáticos sofre aclimatação fisiológica que frequentemente altera sua tolerância térmica. O período de tempo e a contribuição relativa de vários mecanismos subjacentes permanecem pouco claros, mas são cruciais para entender as previsões dos impactos das mudanças climáticas. Investigamos três mecanismos candidatos envolvidos na aclimatação térmica em peixes: expressão de proteínas de choque térmico (especificamente HSP70), densidade mitocondrial (expressão de citrato sintase [CS]) e fluidez da membrana (via polarização de fluorescência espectroscópica). Zebrafish foram aclimatados a temperaturas frias (20 °C), controle (28 °C) ou quentes (35 °C) por duas semanas, seguido pela metade de cada grupo recebendo um choque térmico de 3 horas para observar seu potencial para aclimatação rápida adicional (endurecimento térmico). Como esperado, a tolerância ao aquecimento agudo (CT<inf>max</inf>) aumentou com a temperatura de aclimatação de longo prazo. CT<inf>max</inf> também aumentou em ∼0,5–1 °C após o choque térmico de 3 horas, o que é surpreendentemente rápido. A expressão de HSP70 no cérebro foi fortemente regulada positivamente após a aclimatação ao calor de longo prazo e rápida, alinhando-se com os resultados de CT<inf>max</inf>. A expressão de CS não foi afetada pela aclimatação térmica nessas escalas de tempo. A fluidez da membrana no músculo diminuiu para peixes aclimatados ao calor de longo prazo quando medida a uma temperatura comum (21 °C), enquanto o choque térmico de 3 horas não teve efeito. Coletivamente, isso sugere que os ajustes na fluidez da membrana são lentos, enquanto a resposta ao choque térmico com expressão de HSP pode agir suficientemente rápido para responder a flutuações rápidas de temperatura e provavelmente está envolvida na determinação da tolerância térmica em peixes. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Physiological mechanisms of rapid and long-term thermal acclimation in a fish: To better cope with changing water temperatures, most aquatic ectotherms undergo physiological acclimation which often alters their thermal tolerance. The timeframe and relative contribution of various underlying mechanisms remain unclear, but are crucial to understand for predictions of climate change impacts. We investigated three candidate mechanisms involved in thermal acclimation in fish: heat shock protein expression (specifically HSP70), mitochondrial density (citrate synthase [CS] expression), and membrane fluidity (via spectroscopic fluorescence polarization). Zebrafish were acclimated to cold (20 °C), control (28 °C), or warm (35 °C) temperatures for two weeks, followed by half of each group receiving a 3-h heat shock to observe their potential for additional rapid acclimation (heat hardening). As expected, acute warming tolerance (CT<inf>max</inf>) increased with long-term acclimation temperature. CT<inf>max</inf> also increased by ∼0.5–1 °C following the 3-h heat shock, which is surprisingly fast. Expression of HSP70 in the brain was strongly upregulated after both long-term and rapid warm acclimation, aligning with the CT<inf>max</inf> results. CS expression was not affected by thermal acclimation at these time scales. Membrane fluidity in muscle decreased for long-term warm-acclimated fish when measured at a common temperature (21 °C), whereas the 3 h heat shock had no effect. Collectively, this suggest that adjustments in membrane fluidity are slow while the heat shock response with HSP expression can act sufficiently fast to respond to rapid temperature fluctuations and is likely involved in determining thermal tolerance in fish. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os lipídios são componentes fundamentais de muitas estruturas biológicas, e sua composição é parcialmente dependente da dieta. Diferenças na composição lipídica podem impactar o funcionamento das membranas celulares e proteínas, subsequentemente alterando a capacidade do organismo de responder às condições ambientais. A lagosta americana (Homarus americanus) é um crustáceo economicamente importante na Nova Inglaterra e é frequentemente mantida em viveiros por períodos prolongados, tipicamente com uma dieta de arenque, que difere da dieta natural de lagostas capturadas na natureza. Neste estudo, comparamos a composição lipídica do músculo, coração e hepatopâncreas de lagostas capturadas na natureza e de lagostas mantidas em viveiros que foram alimentadas com arenque ou mexilhões. Realizamos análise lipidômica, medimos a função mitocondrial, determinamos a expressão gênica de marcadores de estresse celular e avaliamos a tolerância ao estresse térmico através da avaliação da frequência cardíaca e ventilatória, bem como da oxigenação da hemolinfa durante um desafio de temperatura progressiva rápida. Encontramos uma mudança significativa na composição lipídica nos corações de lagostas mantidas em viveiros, juntamente com função mitocondrial reduzida e aumento da transcrição gênica dos marcadores de estresse celular HSP70 e AMPK, indicando um estado nutricional pior em comparação com lagostas alimentadas na natureza. As mudanças não levaram a uma alteração nos limiares térmicos, indicando uma plasticidade e tolerância substanciais para compensar condições adversas induzidas pela dieta. Este estudo liga mecanicamente dieta, composição lipídica, função mitocondrial e tolerância térmica e destaca a necessidade de uma compreensão mais detalhada dos processos celulares para entender os impactos induzidos pelas mudanças climáticas em invertebrados marinhos. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Dietary effects on cardiac lipid composition, mitochondrial respiration, stress proteins and thermal tolerance in the American lobster (Homarus americanus): Lipids are fundamental components of many biological structures, and their composition is partially diet dependent. Differences in lipid composition can impact the functioning of cellular membranes and proteins, subsequently altering the organism’s ability to respond to environmental conditions. The American lobster (Homarus americanus) is an economically important shellfish in New England and is frequently kept in lobster impoundments (pounds) for prolonged periods, typically on a diet of herring, which differs from the natural diet of wild-caught lobsters. In this study, we compared the lipid composition of lobster muscle, heart and hepatopancreas from wild-caught and from pound-kept lobsters that were fed either herring or blue mussels. We performed lipidomic analysis, measured mitochondrial function, determined gene expression of cellular stress markers and evaluated thermal stress tolerance by assessing heart and ventilation rate, as well as hemolymph oxygenation during a fast progressive temperature challenge. We found a significant shift in lipid composition in pound-kept lobster hearts together with reduced mitochondrial function, and increased gene transcription of the cellular stress markers HSP70 and AMPK, indicating a worse nutritional state, compared with wild-fed lobsters. The changes did not lead to a shift in thermal thresholds, indicating a substantial plasticity and tolerance to compensate for adverse diet-induced conditions. This study mechanistically links diet, lipid composition, mitochondrial function and thermal tolerance and highlights the need for a more detailed understanding of cellular processes to understand climate change-induced impacts on marine invertebrates. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A terapia de perfusão hipertermica (HPT) é um tratamento emergente e eficaz para tumores intracavitários, envolvendo a circulação de uma solução aquecida diretamente em cavidades corporais como os espaços peritoneal ou pleural, direcionando-se aos tumores de forma mais eficaz enquanto minimiza a toxicidade sistêmica. No entanto, a aplicação clínica da HPT está atualmente restrita a tumores intracavitários, e sua eficácia é prejudicada pela regulação positiva de genes de resistência ao estresse térmico, que aumentam a tolerância térmica das células cancerígenas. Neste estudo, desenvolvemos um hidrogel de metilcelulose sensível à temperatura com injetabilidade e removibilidade para permitir HPT direcionada para o câncer de mama triplo negativo (TNBC). Usando triagem bioinformática, identificamos a 17-alilamino-17-demethoxygeldanamicina como um potente inibidor e a incorporamos juntamente com nanopartículas derivadas de tinta de choco biocompatíveis (CINPs), um agente fototérmico natural, no hidrogel sensível à temperatura. Sob irradiação de infravermelho próximo (NIR), as CINPs medeiam a ablação fototérmica do tumor, enquanto a 17-alilamino-17-demethoxygeldanamicina reduz a resistência das células tumorais à hipertermia. Além disso, a transição de fase termorresponsiva do hidrogel permite sua remoção completa após o tratamento, estendendo o alcance da HPT além dos tumores intracavitários e minimizando a inflamação no local da injeção. Esta abordagem de HPT baseada em materiais alcançou resultados notáveis em modelos tumorais ortotópicos e metastáticos, inibindo a progressão do câncer de mama e a metástase pulmonar. Esses achados destacam o potencial da HPT baseada em materiais como um tratamento eficaz para o TNBC. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

In-situ injectable hydrogel for near-infrared-regulated hyperthermic perfusion therapy of triple-negative breast cancer: Hyperthermic perfusion therapy (HPT) is an emerging and effective treatment for intracavitary tumors, involving circulating a heated solution directly into body cavities such as the peritoneal or pleural spaces, targeting tumors more effectively while minimizing systemic toxicity. However, the clinical application of HPT is currently restricted to intracavitary tumors, and its efficacy is hampered by the up-regulation of thermal stress resistance genes, which enhance the thermal tolerance of cancer cells. Herein, we developed a temperature-sensitive methyl cellulose hydrogel with injectability and removability to enable targeted HPT for the triple-negative breast cancer (TNBC). Using bioinformatics screening, we identified 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin as a potent inhibitor and incorporated it alongside biocompatible cuttlefish ink-derived nanoparticles (CINPs), a natural photothermal agent, into the temperature-sensitive hydrogel. Under near-infrared (NIR) irradiation, CINPs mediate photothermal tumor ablation, while 17-allylamino-17-demethoxygeldanamycin reduces tumor cell resistance to hyperthermia. Moreover, the temperature-responsive phase transition of the hydrogel allows for its complete removal post-treatment, extending the scope of HPT beyond intracavitary tumors and minimizing inflammation at the injection site. This material-engineered HPT approach, achieved remarkable outcomes in both orthotopic and metastatic tumor models, inhibiting breast cancer progression and lung metastasis. These findings highlight the potential of materials-based HPT as an effective treatment for TNBC. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em seus ambientes naturais, os peixes são expostos a flutuações térmicas diárias, cuja amplitude deve aumentar drasticamente com as mudanças climáticas. Recentemente, foi postulado que moduladores epigenéticos como microRNAs (miRNAs) poderiam amortecer os peixes contra tais mudanças. Para investigar isso, conduzimos dois experimentos sequenciais usando zebrafish (Danio rerio). No Experimento 1, expomos zebrafish a temperaturas constantes de controle (CTRL; 28°C), flutuantes (FLUX; 28±5°C) ou elevadas (HEAT; 33°C) durante o desenvolvimento inicial (embrião a juvenil, até 30 dias pós-fertilização [dpf]). Ao longo do desenvolvimento inicial, avaliamos sobrevivência, metabolismo e a expressão de sete miRNAs termossensíveis e três proteínas de choque térmico (HSPs). Enquanto as condições HEAT reduziram significativamente a sobrevivência, a exposição FLUX não o fez. Ambos os juvenis FLUX e HEAT exibiram compensação metabólica, embora isso tenha sido mais pronunciado nos peixes FLUX. Notavelmente, miR-181a-5p, que regula a biogênese mitocondrial e respiração, foi significativamente superexpresso em juvenis FLUX, sugerindo seu envolvimento na melhoria do desempenho metabólico. O Experimento 2 avaliou os efeitos de longo prazo da variabilidade térmica ontogenética. A partir de 30 dpf, os peixes restantes em ambos os tratamentos CTRL e FLUX foram mantidos sob condições CTRL até a idade adulta. Em seguida, avaliamos a expressão de miRNA no cérebro e a tolerância térmica (CT<inf>max</inf>). miR-181a-5p permaneceu elevado nos cérebros de peixes adultos com histórico desenvolvimental FLUX, embora CT<inf>max</inf> não tenha sido afetado. Juntos, esses achados sugerem que a exposição precoce a flutuações térmicas diárias induz mudanças epigenéticas duradouras, potencialmente otimizando o desempenho metabólico a curto prazo ao custo de capacidade reduzida para tolerância térmica adicional e recuperação do estresse mais tarde na vida. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Developmental exposure to constant elevated temperatures and diel thermal variation alters microRNA expression and performance in zebrafish (Danio rerio).: In their natural environments, fish are exposed to diel thermal fluctuations, the range of which is expected to increase dramatically with climate change. Recently, it has been posited that epigenetic modulators like microRNAs (miRNAs) could buffer fish against such changes. To investigate this, we conducted two sequential experiments using zebrafish (Danio rerio). In Experiment 1, we exposed zebrafish to constant control (CTRL; 28°C), fluctuating (FLUX; 28±5°C), or elevated (HEAT; 33°C) temperatures throughout early development (embryo to juvenile, up to 30 days post-fertilization [dpf]). Throughout early development, we assessed survival, metabolism, and the expression of seven thermosensitive miRNAs and three heat shock proteins (HSPs). While HEAT conditions significantly reduced survival, FLUX exposure did not. Both FLUX and HEAT juveniles exhibited metabolic compensation, though this was more pronounced in FLUX fish. Notably, miR-181a-5p, which regulates mitochondrial biogenesis and respiration, was significantly upregulated in FLUX juveniles, suggesting its involvement in improving metabolic performance. Experiment 2 evaluated the long-term effects of ontogenetic thermal variability. Starting at 30 dpf, remaining fish in both CTRL and FLUX treatments were maintained under CTRL conditions until adulthood. We then assessed miRNA expression in the brain and thermal tolerance (CT<inf>max</inf>). miR-181a-5p remained elevated in the brains of adult fish with FLUX developmental histories, though CT<inf>max</inf> was unaffected. Together, these findings suggest that early-life exposure to diel thermal fluctuations induces lasting epigenetic changes, potentially optimizing metabolic performance in the short-term at the cost of reduced capacity for further thermal tolerance and stress recovery later in life. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Cryptococcus deneoformans (Cd) e C. neoformans (Cn) diferem na prevalência geográfica e dermatotropismo, com cepas de Cd mais comumente isoladas de regiões temperadas e infecções de pele. O aumento das temperaturas globais levanta preocupações quanto à seleção de espécies fúngicas ambientais com maior termotolerância, uma vez que as altas temperaturas mamíferas fornecem proteção contra muitas espécies fúngicas. Cepas de Cd e Cn exibem variações na suscetibilidade térmica, com cepas de Cd sendo mais suscetíveis a temperaturas mais altas. Aqui, identificamos diferenças na liberação de polissacarídeo capsular, adesão e formação de biofilme entre as cepas tanto in vivo quanto in vitro. Resultados histológicos sugeriram que a predileção dermatotrópica associada ao Cd está relacionada à formação de biofilme, possivelmente facilitando a latência e estendendo a sobrevivência fúngica através da proteção contra altas temperaturas. Demonstramos que cepas de Cn foram mais tolerantes a temperaturas mamíferas e febris do que cepas de Cd. Similarmente, cepas de Cd mostraram expressão reduzida das proteínas de choque térmico 60 e 70, após exposição prolongada a alta temperatura. Nossos achados sugerem que adesão fúngica, formação de biofilme, inflamação e termotolerância contribuem para o tropismo tecidual e manifestação da doença por Cn e Cd, apoiando a distinção de espécies recentemente atribuída a cada um desses sorotipos. Este registro é proveniente do MEDLINE/PubMed, um banco de dados da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.

Reduced growth and biofilm formation at high temperatures contribute to Cryptococcus deneoformans dermatotropism: Cryptococcus deneoformans (Cd) and C. neoformans (Cn) differ in geographic prevalence and dermatotropism, with Cd strains more commonly isolated from temperate regions and skin infections. Rising global temperatures prompt concerns regarding selection for environmental fungal species with increased thermotolerance, as high mammalian temperatures provide protection against many fungal species. Cd and Cn strains exhibit variations in thermal susceptibility, with Cd strains being more susceptible to higher temperatures. Here, we identified differences in capsular polysaccharide release, adhesion and biofilm formation between strains both in vivo and in vitro. Histological results suggested that the dermatotropic predilection associated with Cd relates to biofilm formation, possibly facilitating latency and extending fungal survival through protection from high temperatures. We demonstrated that Cn strains were more tolerant to mammalian and febrile temperatures than Cd strains. Similarly, Cd strains showed reduced expression of heat-shock protein 60 and 70, after prolonged exposure to high temperature. Our findings suggest that fungal adhesion, biofilm formation, inflammation and thermotolerance contribute to tissue tropism and disease manifestation by Cn and Cd, supporting the recently assigned species distinction to each of these serotypes. This record is sourced from MEDLINE/PubMed, a database of the U.S. National Library of Medicine

As mudanças climáticas globais intensificaram as flutuações de temperatura, impactando significativamente as populações de insetos. A tolerância térmica emergiu como um determinante crítico da distribuição das espécies e do potencial de invasão. Liriomyza trifolii, uma praga invasora economicamente importante, tem se expandido rapidamente nas regiões costeiras do sudeste da China, deslocando gradualmente suas congêneres L. sativae e L. huidobrensis. Esta vantagem competitiva está intimamente associada com suas estratégias superiores de adaptação térmica. Aqui, primeiro examinamos a dominância competitiva mediada por temperatura de L. trifolii, depois elucidamos sistematicamente os mecanismos fisiológicos, bioquímicos e moleculares subjacentes à sua tolerância térmica, revelando suas estratégias de sobrevivência sob temperaturas extremas. Notavelmente, L. trifolii exibe uma temperatura limiar de desenvolvimento inferior e maior constante térmica, estendendo seu período de dano, enquanto seu ponto de super-resfriamento significativamente menor confere capacidade excepcional de sobrevivência ao inverno. Fisiologicamente, o endurecimento rápido ao frio (RCH) melhora a tolerância ao frio através do acúmulo de glicerol e aumento da insaturação de ácidos graxos, enquanto a aclimatação ao calor melhora a termotolerência através de uma compensação entre processos de desenvolvimento e investimento reprodutivo. Análises moleculares demonstram que L. trifolii combina as características indutíveis de baixa temperatura de L. huidobrensis com as vantagens responsivas de alta temperatura de L. sativae nos padrões de expressão de proteínas de choque térmico (Hsp). Estudos transcriptômicos identificam ainda expressões diferenciais de genes do metabolismo lipídico e relacionados a chaperonas como chave para a adaptação térmica. As limitações atuais da pesquisa incluem a compreensão incompleta das redes regulatórias de genes não-Hsp e discrepâncias entre adaptação laboratorial e de campo. Estudos futuros devem integrar abordagens multi-ômicas com modelagem ecológica para prever a expansão de L. trifolii sob cenários de mudança climática e desenvolver estratégias verdes de controle baseadas em temperatura. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Thermal Adaptation in Liriomyza trifolii (Diptera: Agromyzidae): From Interspecific Competition to Mechanisms: Global climate change has intensified temperature fluctuations, significantly impacting insect populations. Thermal tolerance has emerged as a critical determinant of species distribution and invasion potential. Liriomyza trifolii, an economically important invasive pest, has been rapidly expanding in southeastern coastal regions of China, gradually displacing its congeners L. sativae and L. huidobrensis. This competitive advantage is closely associated with its superior thermal adaptation strategies. Here, we first examine the temperature-mediated competitive dominance of L. trifolii, then systematically elucidate the physiological, biochemical, and molecular mechanisms underlying its temperature tolerance, revealing its survival strategies under extreme temperatures. Notably, L. trifolii exhibits a lower developmental threshold temperature and higher thermal constant, extending its damage period, while its significantly lower supercooling point confers exceptional overwintering capacity. Physiologically, rapid cold hardening (RCH) enhances cold tolerance through glycerol accumulation and increased fatty acid unsaturation, while heat acclimation improves thermotolerance via a trade-off between developmental processes and reproductive investment. Molecular analyses demonstrate that L. trifolii combines the low-temperature inducible characteristics of L. huidobrensis with the high-temperature responsive advantages of L. sativae in heat shock protein (Hsp) expression patterns. Transcriptomic studies further identify differential expressions of lipid metabolism and chaperone-related genes as key to thermal adaptation. Current research limitations include incomplete understanding of non-Hsp gene regulatory networks and laboratory–field adaptation discrepancies. Future studies should integrate multi-omics approaches with ecological modeling to predict L. trifolii’s expansion under climate change scenarios and develop temperature-based green control strategies. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

As células bacterianas ativam vias de detecção e mitigação de estresse empregando vários reguladores de transcrição, alguns dos quais podem ligar-se diretamente à RNA polimerase para ativar vias de resposta específicas ao estresse. No entanto, mutações nos genes da RNA polimerase podem acumular-se sob certas condições de seleção e ativar vias de mitigação de estresse de maneira parcialmente independente de reguladores específicos da via. Neste estudo, caracterizamos uma mutação novata no gene rpoB que transforma a RNA polimerase em uma polimerase "rigorosa" na ausência de um dos fatores-chave de ativação da resposta rigorosa (RR) (p)ppGpp, produzido pelo produto do gene relA. O alelo mutante da RNA polimerase, rpoB58, elevou a termotolerância e permitiu o crescimento sem as chaperonas moleculares-chave (DnaKJ) e proteases (Lon, ClpP) em temperaturas não permissivas para células que expressam os genes da RNA polimerase selvagem. Notavelmente, rpoB58 também reverteu o defeito de divisão celular de ΔdnaJ em uma temperatura não permissiva, mas não conseguiu superar seu fenótipo resistente ao fago lambda. O resgate mediado por rpoB58 do defeito de crescimento de ΔdnaKJ foi parcialmente revertido na ausência de DksA, uma proteína que atua sinergicamente com (p)ppGpp para transformar a RNA polimerase em um estado rigoroso. Os dados sugerem que a RR pré-ativada confere termotolerância e independência de chaperonas em parte pela redução da síntese proteica. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Characterization of a Novel RNA Polymerase Mutant of Escherichia coli That Confers Thermotolerance and Chaperone Independence: Bacterial cells activate stress-sensing and stress-mitigating pathways by employing a number of transcription regulators, some of which can bind directly to RNA polymerase to activate stress-specific response pathways. However, mutations in the RNA polymerase genes can accumulate under certain selection conditions and activate stress-mitigating pathways in a manner that is partly independent of pathway-specific regulators. In this study, we characterized a novel mutation in the rpoB gene that transforms RNA polymerase into a “stringent” polymerase in the absence of one of the key stringent response (SR) activating factors (p)ppGpp, produced by the relA gene product. The mutant RNA polymerase allele, rpoB58, elevated thermotolerance and permitted growth without the key molecular chaperones (DnaKJ) and proteases (Lon, ClpP) at temperatures nonpermissive to cells expressing the wild type RNA polymerase genes. Remarkably, rpoB58 also reversed the cell division defect of ΔdnaJ at a nonpermissive temperature but could not overcome its lambda phage-resistant phenotype. The rpoB58-mediated rescue of the ΔdnaKJ growth defect was partly reversed in the absence of DksA, a protein that acts synergistically with (p)ppGpp to transform RNA polymerase into a stringent state. The data suggest that pre-activated SR confers thermotolerance and chaperone independence in part by lowering protein synthesis. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Em 2013, uma onda de calor marinha chamada "Blob" causou uma diminuição significativa nas populações de kelp-bola (Nereocystis luetkeana) no norte da Califórnia. A perde desta espécie fundamental motivou investigações recentes sobre a tolerância térmica das kelps para entender como eventos de aquecimento podem impactar seu desempenho fisiológico. Testamos o efeito da temperatura de aclimatação na kelp-bola medindo a abundância proteína de uma chaperona molecular, a proteína de choque térmico 70 (Hsp70). Lâminas foram coletadas em dois locais (Big River e Russian Gulch) e aclimatadas por 7 dias em duas temperaturas (13 e 17 °C) antes de os tecidos serem submetidos a um choque térmico de 1 hora (13, 17, 20, 23 e 26 °C). Os resultados mostraram uma diferença significativa entre as temperaturas de aclimatação, com 20% maior abundância total da proteína Hsp70 nas kelps-bola aclimatadas ao tratamento quente, enquanto o local foi apenas marginalmente diferente. A temperatura do choque térmico não teve efeito sobre a abundância total da proteína Hsp70. Este estudo é o primeiro a relatar sobre a resposta ao choque térmico da kelp-bola e descobriu que a história térmica de um organismo é um fator importante para determinar se um organismo pode montar uma resposta ao choque térmico. Esta informação pode ajudar a entender a tolerância da kelp-bola a futuras ondas de calor marinhas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of thermal history on the heat shock response of bull kelp (Nereocystis luetkeana): In 2013, a marine heatwave called the “Blob” caused northern California bull kelp (Nereocystis luetkeana) populations to decrease significantly. The loss of this foundation species motivated recent investigations on kelp thermal tolerance to understand how warming events might impact their physiological performance. We tested the effect of acclimation temperature on bull kelp by measuring the protein abundance of a molecular chaperone, heat shock protein 70 (Hsp70). Blades were collected from two sites (Big River and Russian Gulch) and acclimated for 7-days at two temperatures (13 and 17 °C) before tissues were subjected to a 1-h heat shock (13, 17, 20, 23, and 26 °C). Results showed a significant difference between acclimation temperature with 20 % greater total Hsp70 protein abundance in bull kelp acclimated to the warm treatment, while site was only marginally different. Heat shock temperature had no effect on total Hsp70 protein abundance. This study is the first to report about the heat shock response of bull kelp and found that thermal history of an organism is an important factor in determining whether an organism can mount a heat shock response. This information can help understand bull kelp’s tolerance to future marine heatwaves. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A cochonilha-do-mamoeiro, Paracoccus marginatus, uma praga invasora significativa em regiões tropicais e subtropicais, exibe uma capacidade notável de suportar estresse por altas temperaturas. Para elucidar a base molecular dessa termotolerância, investigamos o papel dos genes da proteína de choque térmico 90 (Hsp90) nesta espécie. As sequências completas de cDNA de três genes Hsp90—PmHsp90-1, PmHsp90-2 e PmTRAP1—foram clonadas, submetidas à análise bioinformática, e seus perfis de expressão sob estresse térmico foram detectados. A supressão mediada por RNAi de PmTRAP1 foi conduzida para avaliar a sobrevivência em condições de temperatura extremamente alta. Os quadros de leitura aberta (ORFs) de PmHsp90-1, PmHsp90-2 e PmTRAP1 têm 2175 pb, 2178 pb e 2085 pb de comprimento, codificando proteínas compreendendo 724, 725 e 694 aminoácidos, respectivamente. Análises filogenéticas e estruturais confirmaram que PmHsp90-1 e PmHsp90-2 são isoformas citosólicas, cada uma contendo um motivo MEEVD C-terminal característico, enquanto PmTRAP1 foi identificada como a isoforma mitocondrial. Todos os três genes foram significativamente regulados positivamente sob estresse térmico. O knockdown mediado por RNAi de PmTRAP1 reduziu marcadamente a taxa de sobrevivência de P. marginatus sob temperatura extremamente alta. Esses achados demonstram que PmTRAP1 é essencial para a tolerância ao calor na cochonilha-do-mamoeiro. Este estudo fornece insights cruciais sobre os mecanismos moleculares de adaptação térmica em insetos e identifica PmTRAP1 como um alvo potencial para pesquisas futuras sobre o gerenciamento de respostas de insetos ao estresse ambiental. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

The Mitochondrial Hsp90 Homolog PmTRAP1 Mediates Thermal Tolerance in the Papaya Mealybug, Paracoccus marginatus: The papaya mealybug, Paracoccus marginatus, a significant invasive pest in tropical and subtropical regions, exhibits a notable capacity to withstand high-temperature stress. To elucidate the molecular basis of this thermotolerance, we investigated the role of heat shock protein 90 (Hsp90) genes in this species. The full-length cDNA sequences of three Hsp90 genes—PmHsp90-1, PmHsp90-2, and PmTRAP1—were cloned, subjected to bioinformatic analysis, and their expression profiles under heat stress were detected. RNAi-mediated suppression of PmTRAP1 was conducted to evaluate survival under extreme high-temperature conditions. The open reading frames (ORFs) of PmHsp90-1, PmHsp90-2, and PmTRAP1 are 2175 bp, 2178 bp, and 2085 bp in length, encoding proteins comprising 724, 725, and 694 amino acids, respectively. Phylogenetic and structural analyses confirmed that PmHsp90-1 and PmHsp90-2 are cytosolic isoforms, each containing a characteristic C-terminal MEEVD motif, while PmTRAP1 was identified as the mitochondrial isoform. All three genes were significantly upregulated under heat stress. RNAi-mediated knockdown of PmTRAP1 markedly reduced the survival rate of P. marginatus under extreme high temperature. These findings demonstrate that PmTRAP1 is essential for heat tolerance in the papaya mealybug. This study provides crucial insights into the molecular mechanisms of thermal adaptation in insects and identifies PmTRAP1 as a potential target for future research on managing insect responses to environmental stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Como os organismos se adaptam ao ambiente no contexto das mudanças climáticas globais é um tópico clássico na ecologia molecular. O polimorfismo de tolerância ao calor em múltiplos níveis organizacionais pode aumentar a resistência e resiliência das espécies ao aquecimento global, e esclarecer esse polimorfismo pode substancialmente melhorar nossa capacidade de avaliar e prever as respostas dos organismos às mudanças climáticas globais. No presente estudo, moluscos asiáticos foram coletados ao longo da costa da China para explorar sua diversidade genética, bem como respostas transcricionais e fisiológicas ao estresse térmico após aclimatação em ambiente comum. Nossos achados indicam que SNPs neutros do transcriptoma podem diferenciar as duas espécies, Meretrix petechialis e M. lusoria, enquanto M. lusoria e M. petechialis exibiram diferentes estratégias moleculares e fisiológicas de conservação de energia. A via do ribossomo e da fosforilação oxidativa pode explicar a diferença no padrão de resposta molecular entre M. petechialis e M. lusoria. A resposta ao choque térmico mediada por BAG3 foi uma resposta transcricional compartilhada ao estresse térmico em Meretrix, e os níveis de expressão dos genes de proteínas de choque térmico próximos à temperatura subletal foram positivamente correlacionados com os limites térmicos superiores dos moluscos. Altas variações interindividuais nas curvas de desempenho térmico cardíaco existiram em M. petechialis e M. lusoria, indicando um alto grau de polimorfismo fisiológico térmico. No geral, M. petechialis e M. lusoria exibiram polimorfismo genético e perfis diferenciais de expressão gênica em resposta ao estresse térmico nos níveis individual, populacional e de espécie. Os resultados destacam a importância das variações na diversidade genética, perfis de expressão gênica e desempenho fisiológico na previsão de como os organismos responderão às futuras mudanças climáticas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Insights into variations in thermal tolerance of intertidal clams: Genetic diversity, transcriptomic profiles and physiological response to heat stress: How organisms adapt to the environment in the context of global climate change is a classic topic in molecular ecology. Heat tolerance polymorphism at multiple organizational levels can enhance species resistance and resilience to global warming, and so clarifying heat tolerance polymorphism can substantially enhance our capability in assessing and predicting organisms' responses to global climate change. In the present study, Asian hard clams were collected along China's coast to explore their genetic diversity, as well as transcriptional and physiological responses to heat stress after common garden acclimation. Our findings indicate that transcriptome-neutral SNPs can differentiate between the two species, Meretrix petechialis and M. lusoria, while M. lusoria and M. petechialis exhibited different molecular and physiological energy-conserved strategies. The ribosome and oxidative phosphorylation pathway can explain the difference in the molecular response pattern between M. petechialis and M. lusoria. BAG3-mediated heat shock response was a shared transcriptional response to heat stress in Meretrix, and the expression levels of heat shock protein genes around the sublethal temperature were positively correlated with the clams' upper thermal limits. High inter-individual variations of cardiac thermal performance curves existed in M. petechialis and M. lusoria, indicating a high degree of thermal physiological polymorphism. Overall, M. petechialis and M. lusoria exhibited genetic polymorphism and differential gene expression profiles in response to heat stress at levels of individual, population, and species. The results highlight the significance of variations in genetic diversity, gene expression profiles, and physiological performance in predicting how organisms will respond to future climate change. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Introdução: À medida que as mudanças climáticas tornam as ondas de calor marinhas mais intensas e frequentes, as espécies marinhas sofrem cada vez mais com o estresse térmico. Esse estresse pode resultar em crescimento reduzido, ciclos reprodutivos interrompidos, vulnerabilidade a doenças e patógenos, e aumento das taxas de mortalidade. O abalone (gênero Haliotis) é um grupo ecologicamente significativo de gastrópodes marinhos e está entre os produtos marinhos mais valorizados. No entanto, eventos de estresse térmico tiveram impactos devastadores tanto em populações cultivadas quanto selvagens. Os membros deste gênero estão entre as espécies marinhas mais suscetíveis aos impactos das mudanças climáticas, com mais de 40% de todas as espécies de abalone listadas como ameaçadas de extinção. Isso motivou pesquisadores a explorar a genética ligada ao estresse térmico em abalone. Uma parte substancial dos estudos disponíveis publicamente empregou abordagens transcriptômicas para investigar a resposta genética do abalone ao estresse térmico. No entanto, até o momento, nenhuma meta-análise foi conduzida para determinar a resposta comum ao estresse térmico (ou seja, a resposta central) em todo o gênero. Este estudo usa um pipeline bioinformático padronizado para reanalisar e comparar conjuntos de dados de RNA-seq disponíveis publicamente de diferentes estudos sobre estresse térmico em abalone. Resultados: Nove conjuntos de dados de RNA-seq disponíveis publicamente de nove estudos diferentes sobre estresse térmico em abalone de sete espécies diferentes de abalone e três híbridos foram incluídos na meta-análise. Identificamos um conjunto central de 74 genes diferencialmente expressos (DEGs) em resposta ao estresse térmico em pelo menos sete dos nove estudos. Este conjunto central de DEGs incluiu principalmente genes associados a splicing alternativo, proteínas de choque térmico (HSPs), Sistema Ubiquitina-Proteassoma (UPS) e outras vias de processamento e dobramento de proteínas. Conclusões: A detecção de um conjunto consistente de genes que respondem ao estresse térmico em vários estudos, apesar das diferenças no desenho experimental (ex.: intensidade do estresse, espécies estudadas - distribuição geográfica, faixa de temperatura preferida, etc.), fortalece nossa proposta de que esses genes são elementos-chave da resposta ao estresse térmico em abalone. A identificação da resposta central ao estresse térmico em abalone estabelece uma base importante para pesquisas futuras. Em última análise, este estudo auxiliará os esforços de conservação e aquicultura através da identificação de populações resilientes, programas de melhoramento genético, possíveis manipulações como exposição precoce ao estresse, edição gênica e o uso de imunostimulantes para melhorar a tolerância térmica. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Synthesis of transcriptomic studies reveals a core response to heat stress in abalone (genus Haliotis): Background: As climate change causes marine heat waves to become more intense and frequent, marine species increasingly suffer from heat stress. This stress can result in reduced growth, disrupted breeding cycles, vulnerability to diseases and pathogens, and increased mortality rates. Abalone (genus Haliotis) are an ecologically significant group of marine gastropods and are among the most highly valued seafood products. However, heat stress events have had devastating impacts on both farmed and wild populations. Members of this genus are among the most susceptible marine species to climate change impacts, with over 40% of all abalone species listed as threatened with extinction. This has motivated researchers to explore the genetics linked to heat stress in abalone. A substantial portion of publicly available studies has employed transcriptomic approaches to investigate abalone genetic response to heat stress. However, to date, no meta-analysis has been conducted to determine the common response to heat stress (i.e. the core response) across the genus. This study uses a standardized bioinformatic pipeline to reanalyze and compare publicly available RNA-seq datasets from different heat stress studies on abalone. Results: Nine publicly available RNA-seq datasets from nine different heat-stress studies on abalone from seven different abalone species and three hybrids were included in the meta-analysis. We identified a core set of 74 differentially expressed genes (DEGs) in response to heat stress in at least seven out of nine studies. This core set of DEGs mainly included genes associated with alternative splicing, heat shock proteins (HSPs), Ubiquitin–Proteasome System (UPS), and other protein folding and protein processing pathways. Conclusions: The detection of a consistent set of genes that respond to heat stress across various studies, despite differences in experimental design (e.g. stress intensity, species studied—geographical distribution, preferred temperature range, etc.), strengthens our proposal that these genes are key elements of the heat stress response in abalone. The identification of the core response to heat stress in abalone lays an important foundation for future research. Ultimately, this study will aid conservation efforts and aquaculture through the identification of resilient populations, genetic-based breeding programs, possible manipulations such as early exposure to stress, gene editing and the use of immunostimulants to enhance thermal tolerance. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Os recifes de coral enfrentam ameaças crescentes com o aumento das temperaturas do mar, desencadeando eventos generalizados de branqueamento em massa e mortalidade. O pré-condicionamento térmico, um processo no qual corais expostos a estresse térmico subletal tornam-se mais tolerantes a estresses térmicos subsequentes, é cada vez mais reconhecido como uma estratégia promissora para fins de restauração. No entanto, seus mecanismos subjacentes permanecem pouco claros. Além disso, as respostas específicas por espécie ao pré-condicionamento térmico devem ser compreendidas para garantir sua ampla aplicabilidade. Neste estudo, realizamos uma análise abrangente de biomarcadores moleculares múltiplos para investigar os efeitos fisiológicos e moleculares do pré-condicionamento térmico em duas espécies de coral, Pocillopora damicornis e Stylophora pistillata, expondo-as a um estresse térmico subletal de +3 °C acima da temperatura ambiente, seguido por um estresse agudo de 32 °C (+8 °C). Em ambas as espécies, os corais pré-condicionados apresentaram branqueamento retardado, mantendo concentrações de clorofila a e c2, juntamente com a densidade de Symbiodiniaceae, por períodos mais longos em comparação com corais não pré-condicionados. No nível molecular, essa maior tolerância térmica pode estar ligada à maior atividade de enzimas antioxidantes medidas, sugerindo proteção aprimorada contra estresse oxidativo e, consequentemente, níveis mais baixos de danos por peroxidação lipídica (LPO). Os corais pré-condicionados também exibiram uma regulação negativa mais lenta da Hsp70 ou expressão sustentada de Hsp70 acima dos níveis basais durante o estresse térmico agudo, possivelmente refletindo homeostase celular prolongada. Além disso, demonstraram expressão gênica hsp70 retardada ou reduzida, indicando uma resposta menos imediata ao estresse térmico. Adicionalmente, a tolerância térmica adquirida durou mais tempo em P. damicornis, destacando uma resposta específica da espécie ao pré-condicionamento térmico. Nosso estudo fornece informações moleculares cruciais sobre os complexos mecanismos do pré-condicionamento térmico, que serão essenciais para desenvolver protocolos de pré-condicionamento mais eficazes e direcionados por espécie para aplicação prática em esforços de restauração de recifes de coral. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

A multi-molecular biomarker assessment of thermal preconditioning in two scleractinian coral species: Coral reefs face escalating threats from rising sea temperatures, triggering widespread mass bleaching and mortality events. Thermal preconditioning, a process in which corals exposed to sublethal thermal stress become more tolerant to subsequent thermal stress, is increasingly recognised as a promising strategy for restoration purposes. However, its underlying mechanisms remain unclear. Furthermore, species-specific responses to thermal preconditioning must be understood to ensure its broad applicability. In this study, we conducted a comprehensive multi-molecular biomarker analysis to investigate the physiological and molecular effects of thermal preconditioning on two coral species, Pocillopora damicornis and Stylophora pistillata, by exposing them to a sublethal thermal stress of + 3 °C above ambient temperature, followed by an acute stress of 32 °C (+ 8 °C). In both species, preconditioned corals showed delayed bleaching, maintaining chlorophyll a and c2 concentrations, along with Symbiodiniaceae density, for longer periods compared to non-preconditioned corals. At the molecular level, this increased thermal tolerance could be linked to the higher activity of antioxidant enzymes measured, suggesting enhanced protection against oxidative stress and consequently lower levels of lipid peroxidation (LPO) damage. Preconditioned corals also exhibited a slower downregulation of Hsp70 or sustained Hsp70 expression above basal levels during acute heat stress, possibly reflecting prolonged cellular homeostasis. Additionally, they demonstrated delayed or reduced hsp70 gene expression, indicating a less immediate response to thermal stress. Furthermore, the acquired thermal tolerance lasted longer in P. damicornis, highlighting a species-specific response to thermal preconditioning. Our study provides crucial molecular insights into the complex mechanisms of thermal preconditioning, which will be essential for developing more effective and species-targeted preconditioning protocols for practical application in coral reef restoration efforts. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae), uma praga quarentenária globalmente significativa, está enfrentando estresse térmico durante sua expansão para o sul na China. Os membros da família de proteínas de choque térmico 70 (HSP70) servem como componentes-chave nas redes moleculares de insetos sob estresse térmico. No entanto, os estudos permanecem limitados sobre a tolerância desta praga a temperaturas altas persistentes e o papel da HSP70 sob tais condições de estresse. Neste estudo, o tratamento de calor extremo (EHT; ciclo diário de 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), 37 °C (6 h) e 34 °C (6 h)) reduziu drasticamente a sobrevivência das larvas de H. cunea, impedindo a conclusão do ciclo de vida. O tratamento de calor (HT; ciclo diário de 28 °C (6 h), 31 °C (6 h), 34 °C (6 h) e 31 °C (6 h)) durante os estágios iniciais teve efeitos menores no desenvolvimento larval, enquanto a exposição durante os estágios larvais tardios encurtou a duração do desenvolvimento, reduziu a fecundidade e diminuiu a aptidão. Para explorar os mecanismos moleculares, quatro genes HSP70 de H. cunea foram clonados e caracterizados. A análise filogenética revelou alta conservação entre as HcHSP70s, mostrando uma relação próxima com as de insetos Noctuidae. Os transcritos de HcHSP70 foram significativamente regulados positivamente durante o estresse térmico, exibindo flutuação diurna com pico de expressão em horários específicos. Estes resultados mostram que H. cunea pode tolerar estresse térmico moderado, mas o estresse térmico pré-reprodutivo reduz a fecundidade. A regulação positiva da expressão de HSP70 contribui para a maior termotolerância nesta praga. No geral, esta pesquisa fornece uma referência para a previsão populacional de H. cunea em regiões com aumento do estresse térmico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Effects of long-term thermal stress on population dynamics and HSP70 expression of Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae): Hyphantria cunea (Lepidoptera: Erebidae), a globally significant quarantine pest, is facing thermal stress during its southward expansion in China. Heat shock protein 70 (HSP70) family members serve as key components in insect molecular networks under heat stress. However, studies remain limited on this pest’s tolerance to persistent high temperatures and the role of HSP70 under such stress conditions. In this study, extreme heat treatment (EHT; daily cycle of 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), 37 °C (6h), and 34 °C (6 h)) drastically reduced H. cunea larval survival, preventing life cycle completion. Heat treatment (HT; daily cycle of 28 °C (6 h), 31 °C (6 h), 34 °C (6 h), and 31 °C (6 h)) during early stages had minor effects on larval development, whereas exposure during late larval stages shortened developmental duration, reduced fecundity, and decreased fitness. To explore the molecular mechanisms, four HSP70 genes of H. cunea were cloned and characterized. Phylogenetic analysis revealed high conservation among HcHSP70s, showing a close relationship with those from Noctuidae insects. HcHSP70 transcripts were significantly upregulated during heat stress, exhibiting diurnal fluctuation with peak expression at specific times. These results show that H. cunea can tolerate moderate heat stress, but pre-reproductive thermal stress reduces fecundity. The upregulation of HSP70 expression contributes to enhanced thermotolerance in this pest. Overall, this research provides a reference for population prediction of H. cunea in regions with increasing heat stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

Conspectus: Os microambientes complexos e dinâmicos de sítios patológicos, incluindo infecções, tumores e desordens neurológicas, impõem desafios formidáveis às terapias convencionais devido a características como desregulação de ferro, acidez localizada, barreiras de biofilme e adaptação térmica. Aproveitar essas pistas microambientais para projetar plataformas terapêuticas ativadas por luz e responsivas ao microambiente oferece uma estratégia promissora para tratamentos precisos e controlados espaciotemporalmente. A imunidade nutricional restringe a disponibilidade de ferro para suprimir a proliferação de patógenos, enquanto as bactérias implantam sistemas especializados de captação mediada por sideróforos para contornar essa restrição. Explorando essa vulnerabilidade, nanoplataformas "cavalo de Troia", como um nanocompósito multifuncional (Ga-CT@P), podem sequestrar vias de captação de ferro bacterianas, induzir fome de ferro e exercer efeitos antimicrobianos potentes. Cálculos de DFT revelaram que Ga³⁺ exibe ligação mais forte e uniforme à enterobactina do que Fe³⁺, levando a complexos estáveis e redox-inertes que enganam os sistemas de transporte bacterianos.

Além da interferência com íons metálicos, a terapia fotodinâmica (TFD) responsiva a ácido oferece ativação espaciotemporalmente precisa em locais infecciosos, minimizando a toxicidade fora do alvo. Nosso desenvolvimento de DHTPA, um fotossensibilizador AIE responsivo ao pH, permite geração robusta de espécies reativas de oxigênio (ERO) exclusivamente sob condições levemente ácidas, aumentando a eficácia bactericida. Esta plataforma demonstrou fortes efeitos antibacterianos contra patógenos resistentes a drogas e promoveu efetivamente a cicatrização de feridas in vivo, mostrando o potencial da TFD "sob demanda" específica da lesão.

Para abordar barreiras de biofilme, nanodisfarces camuflados com OMV integram sinergicamente aquecimento fototérmico, interferência iônica e geração de ERO para desmantelar biofilmes enquanto induzem colapso metabólico em patógenos. Simultaneamente, nanodisfarces revestidos com OMV exploram vias de adesão bacteriana para entrega direcionada, permitindo a interrupção fotônica do metabolismo do patógeno.

Em microambientes termossensíveis, onde a tolerância térmica mediada por proteínas de choque térmico limita a terapia fototérmica (TFT), desenvolvemos estratégias de TFT com laser duplo usando NIR-II AIEgens (PM331@F127) para alcançar regulação térmica precisa e escalonada. Esta estratégia suprime rapidamente os mecanismos de tolerância ao calor em temperaturas mais altas e mantém ablação térmica moderada, maximizando a eficácia enquanto reduz danos colaterais.

Em sistemas de alta barreira, como o sistema nervoso central (SNC), cruzar a barreira hematoencefálica (BHE) é essencial para fototerapia efetiva. Projetamos DK@RA-PEG, uma plataforma fotossensibilizadora NIR-II funcionalizada com peptídeos RVG e aptâmeros de ácido nucleico, para permitir penetração da BHE, direcionamento específico a vírus e erradicação viral mediada por ERO sob luz NIR. Esta abordagem demonstrou tratamento efetivo da infecção por vírus da raiva in vivo enquanto mantinha neurocompatibilidade.

Coletivamente, estes avanços estabelecem uma estrutura versátil para terapias controladas por luz e responsivas ao microambiente que decodificam e aproveitam assinaturas bioquímicas e físicas dentro de tecidos doentes, alcançando precisão espaciotemporal além das modalidades convencionais. Integrando modulação de sinalização química, design molecular inteligente e penetração de barreiras fisiológicas, estas plataformas iluminam um caminho para fototerapias inteligentes e personalizadas para paisagens de doenças complexas. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Precision Phototherapy Enabled by Decoding Complex Microenvironments: Conspectus: The complex and dynamic microenvironments of pathological sites, including infections, tumors, and neurological disorders, impose formidable challenges on conventional therapies due to features such as iron dysregulation, localized acidity, biofilm barriers, and thermal adaptation. Harnessing these microenvironmental cues to design light-activated, microenvironment-responsive therapeutic platforms offers a promising strategy for precise, spatiotemporally controlled treatments.Nutritional immunity restricts iron availability to suppress pathogen proliferation, while bacteria deploy specialized siderophore-mediated uptake systems to circumvent this restriction. By exploiting this vulnerability, “Trojan horse” nanoplatforms such as a multifunctional nanocomposite (Ga-CT@P) can hijack bacterial iron uptake pathways, induce iron starvation, and exert potent antimicrobial effects. DFT calculations revealed that Ga3+exhibits stronger, more uniform binding to enterobactin than Fe3+, leading to stable, redox-inert complexes that mislead bacterial transport systems.Beyond metal ion interference, acid-responsive photodynamic therapy (PDT) offers spatiotemporally precise activation at infectious sites while minimizing off-target toxicity. Our development of DHTPA, a pH-responsive AIE photosensitizer, enables robust reactive oxygen species (ROS) generation exclusively under mildly acidic conditions, enhancing bactericidal efficacy. This platform demonstrated strong antibacterial effects against drug-resistant pathogens and effectively promoted wound healing in vivo, showcasing the potential of lesion-specific “on-demand” PDT.To address biofilm barriers, OMV-camouflaged nanodisguisers synergistically integrate photothermal heating, ion interference, and ROS generation to dismantle biofilms while inducing metabolic collapse in pathogens. Simultaneously, OMV-coated nanodisguisers exploit bacterial adhesion pathways for targeted delivery, enabling photonic disruption of pathogen metabolism.In thermosensitive microenvironments, where heat-shock-protein-mediated thermal tolerance limits photothermal therapy (PTT), we developed dual-laser PTT strategies using NIR-II AIEgens (PM331@F127) to achieve precise, stepwise thermal regulation. This strategy rapidly suppresses heat tolerance mechanisms at higher temperatures and maintains moderate thermal ablation, maximizing efficacy while reducing collateral damage.In high-barrier systems such as the central nervous system (CNS), crossing the blood–brain barrier (BBB) is essential for effective phototherapy. We designed DK@RA-PEG, an NIR-II photosensitizer platform functionalized with RVG peptides and nucleic acid aptamers, to enable BBB penetration, virus-specific targeting, and ROS-mediated viral eradication under NIR light. This approach demonstrated effective treatment of rabies virus infection in vivo while maintaining neurocompatibility.Collectively, these advances establish a versatile framework for microenvironment-responsive, light-controlled therapies that decode and harness biochemical and physical signatures within diseased tissues, achieving spatiotemporal precision beyond conventional modalities. By integrating chemical signaling modulation, smart molecular design, and physiological barrier penetration, these platforms illuminate a path toward intelligent, personalized phototherapies for complex disease landscapes. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

A tolerância térmica influencia a sobrevivência, desempenho e distribuição de organismos ectotérmicos. Seus efeitos são especialmente importantes diante do advento das rápidas mudanças climáticas. Embora a qualidade da dieta tenha demonstrado modular a temperatura crítica máxima (CT<inf>max</inf>) em formigas sob condições laboratoriais, permanece incerto se esta resposta e a velocidade com que aparece são as mesmas em formigas silvestres. Aqui, testamos se uma dieta enriquecida com carboidratos poderia aumentar rapidamente a CT<inf>max</inf> em Dorymyrmex thoracicus, uma espécie de formiga tolerante ao calor na Caatinga brasileira. Usando dois experimentos de campo, descobrimos que formigas com acesso a uma solução de sacarose a 20% exibiram valores de CT<inf>max</inf> significativamente maiores do que formigas que não tiveram acesso à solução de sacarose. O segundo experimento mostrou que esta diferença apareceu poucas horas após o tratamento, sugerindo a operação de respostas fisiológicas rápidas potencialmente ligadas à disponibilidade energética e síntese de proteínas de choque térmico. Assim, a ingestão de carboidratos pode modular imediatamente a tolerância térmica sob condições naturais, um resultado que pode nos ajudar a prever como formigas, e outros ectotérmicos, podem responder a mudanças climáticas na disponibilidade de alimentos e estresse térmico. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

Carbohydrate-Enriched Diet Quickly Enhances Heat Tolerance in Wild Colonies of Dorymyrmex thoracicus: Thermal tolerance influences the survival, performance, and distribution of ectothermic organisms. Its effects are especially important given the advent of rapid climate change. While diet quality has been shown to modulate critical thermal maxima (CT<inf>max</inf>) in ants under laboratory conditions, it remains unclear whether this response and the speed at which it appears are the same in wild ants. Here, we tested whether a carbohydrate-enriched diet could quickly increase CT<inf>max</inf> in Dorymyrmex thoracicus, a heat-tolerant ant species in the Brazilian Caatinga. Using two field-based experiments, we found that ants given access to a 20% sucrose solution exhibited significantly higher CT<inf>max</inf> values than did ants who did not have access to the sucrose solution. The second experiment showed that this difference appeared a few hours after the treatment, suggesting the operation of rapid physiological responses potentially linked to energy availability and heat shock protein synthesis. Thus, carbohydrate intake can immediately modulate thermal tolerance under natural conditions, a result that can help us predict how ants, and other ectotherms, may respond to climate-driven shifts in food availability and thermal stress. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.

O aumento da temperatura devido ao aquecimento global nas regiões do Himalaia tem implicações severas para a sobrevivência de ectotérmicos aquáticos. Para estudar a aclimatação térmica e tolerância ao calor de uma espécie de peixe himalaio ameaçada, Tor putitora, examinamos padrões de expressão de mRNA específicos por tecido de proteínas de choque térmico (HSP90β; HSP70, HSP60, HSP47, HSP30 e HSP20), proteínas de aclimatação a temperaturas quentes (WAP65-1) e do gene inibidor de quinase dependente de ciclina 1B (CDKN1B) nos tecidos de fígado, cérebro, brânquia, rim, músculo e gônada nos intervalos de 10, 20 e 30 dias durante um tratamento de alta temperatura (34,0 °C) por 30 dias. Todos os genes testados exibiram padrões de expressão específicos por tecido e dependentes do tempo. A expressão diferencial e modulação das proteínas de choque térmico através dos tecidos examinados indicam seu papel na adaptação celular de longo prazo, proteção contra o efeito citotóxico da hipertermia e aclimatação da espécie a temperaturas mais altas. A expressão de WAP65-1 e CDKN1B nos grupos de tratamento sugere seu envolvimento na manutenção da homeostase, aclimatação térmica de longo prazo e termotolerância durante exposição térmica crônica. A resposta dos genes estudados sob estresse térmico indica seu potencial uso como biomarcadores de estresse ambiental nesta espécie. O presente estudo elucida mecanismos moleculares que regulam a capacidade de aclimatação térmica e termotolerância de T. putitora e sua sobrevivência sob projeções futuras de aquecimento generalizado na região do Himalaia. © 2025 Elsevier B.V., Todos os direitos reservados.

State of thermal tolerance in an endangered himalayan fish Tor putitora revealed by expression modulation in environmental stress related genes: Increasing temperature due to global warming in the Himalayan regions has severe implications for the survival of aquatic ectotherms. To study the thermal acclimation and heat tolerance of an endangered Himalayan fish species, Tor putitora, we examined tissue-specific mRNA expression patterns of heat-shock proteins (HSP90β; HSP70, HSP60, HSP47, HSP30, and HSP20), warm-temperature acclimation proteins (WAP65-1) and cyclin-dependent kinase inhibitor 1B (CDKN1B) genes in liver, brain, gill, kidney, muscle, and gonad tissues at the intervals of 10, 20, and 30 days during a high-temperature treatment (34.0 °C) for 30 days. All the tested genes have exhibited tissue-specific and time-dependent expression patterns. Heat shock proteins’ differential expression and modulation across examined tissues indicate their role in long-term cellular adaptation, protection against the cytotoxic effect of hyperthermia, and species acclimation to higher temperatures. WAP65-1 and CDKN1B expression in treatment groups suggests its involvement in maintaining homeostasis, long-term temperature acclimation, and thermotolerance during chronic thermal exposure. The response of studied genes under heat stress indicates their potential use as environmental stress biomarkers in this species. The present study elucidates molecular mechanisms regulating the thermal acclimation capacity and thermotolerance of T. putitora and its survival under future projections of widespread warming in the Himalayan region. © 2025 Elsevier B.V., All rights reserved.