Siberian Journal of Life Sciences and AgricultureSiberian Journal of Life Sciences and AgricultureSiberian Journal of Life Sciences and Agriculture2658-66492658-6657Science and Innovation Center Publishing House36910810.12731/2658-6649-2025-17-6-2-1540RCUGTXArticlesСтатьиResearch ArticleInfluence of stress factors on crustacean gene expressionВлияние стресс-факторов на экспрессию генов ракообразныхhttps://orcid.org/0009-0008-8670-93072746-6218KovalchukDaniil Yu.КовальчукДаниил Юрьевич
Russian Federation

student

студент

cool.d4niil@yandex.ru8500-8112SarkisyanDiana S.СаркисянДиана Славиковна
Russian Federation

student

студент

dengorden00@mail.ruCholutaevaEnkrina E.ЧолутаеваЭнкрина Эренценовна
Russian Federation

student

студент

cholutaevaa@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5001-49595860-1478ShevchenkoVictoria N.ШевченкоВиктория Николаевна
Russian Federation

Candidate of Biological Sciences, Senior Researcher of the Research laboratory “Agrobiotechnology Center”

канд. биол. наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Центр агробиотехнологии»

vikakhorosheltseva@gmail.comDon State Technical UniversityФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет»30122025176-211213219012026Copyright ©; 2025, Kovalchuk D.Y., Sarkisyan D.S., Cholutaeva E.E., Shevchenko V.N.Copyright ©; 2025, Ковальчук Д.Ю., Саркисян Д.С., Чолутаева Э.Э., Шевченко В.Н.2025Kovalchuk D.Y., Sarkisyan D.S., Cholutaeva E.E., Shevchenko V.N.Ковальчук Д.Ю., Саркисян Д.С., Чолутаева Э.Э., Шевченко В.Н.https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journals.rcsi.science/2658-6649/article/view/369108

Background. This review systematizes current scientific data on the influence of abiotic (pH, temperature, hypoxia, ammonia, nitrite) and biotic (viral and bacterial infections) stress factors on gene expression in crustaceans of the order Decapoda. Molecular responses affecting key functional groups of genes associated with immunity, osmoregulation, antioxidant defense, chitin metabolism, and cellular homeostasis are analyzed. Stress-induced changes in gene expression are complex, tissue-specific, and time-dependent, representing key adaptive mechanisms. The results of this analysis have important practical implications for aquaculture, opening up prospects for identifying molecular markers of stress resistance and developing strategies for optimizing the maintenance conditions of commercially important species.

Purpose. This review aims to systematize and analyze current scientific data on the influence of abiotic (such as pH, temperature, hypoxia, ammonia, nitrites) and biotic (viral and bacterial infections) stress factors on expression of genes associated with immunity, osmoregulation, antioxidant defense, chitin metabolism and cellular homeostasis in crustaceans of the order Decapoda.

Materials and methods. The research was conducted in the scientific research laboratory “Center of Agrobiotechnology” of the Don State Technical University in 2024-2025.

Results. Complex changes in the expression of key genes regulating immunity, osmoregulation, antioxidant protection, chitin metabolism, and cellular homeostasis have been identified. It has been shown that these tissue-specific and time-dependent changes in expression are the central mechanism of the adaptive response to stress.

Conclusion. An analysis of current scientific data has allowed us to systematize information on the influence of abiotic and biotic stress factors on gene expression in crustaceans, particularly in members of the order Decapoda. It has been established that changes in key environmental parameters (such as temperature, pH, ammonia and nitrite concentrations) and exposure to pathogens (viruses, bacteria) trigger complex molecular responses affecting genes associated with immunity, osmoregulation, antioxidant defense, chitin metabolism, and cellular homeostasis.

Обоснование. В данном обзоре систематизированы современные научные данные о влиянии абиотических (pH, температура, гипоксия, аммиак, нитриты) и биотических (вирусные и бактериальные инфекции) стресс-факторов на экспрессию генов у ракообразного отряда Decapoda. Проанализированы молекулярные ответы, затрагивающие ключевые функциональные группы генов, связанные с иммунитетом, осморегуляцией, антиоксидантной защитой, метаболизмом хитина и клеточным гомеостазом. Показано, что стресс-индуцированные изменения экспрессии носят комплексный, тканеспецифичный и времязависимый характер, выступая ключевым механизмом адаптации. Результаты анализа имеют важное прикладное значение для аквакультуры, открывая перспективы для идентификации молекулярных маркеров стрессоустойчивости и разработки стратегий оптимизации условий содержания коммерчески важных видов.

Цель. Целью обзора является систематизация и анализ современных научных данных о влиянии абиотических (таких как pH, температура, гипоксия, аммиак, нитриты) и биотических (вирусные и бактериальные инфекции) стресс-факторов на экспрессию генов, ассоциированных с иммунитетом, осморегуляцией, антиоксидантной защитой, метаболизмом хитина и клеточным гомеостазом, у ракообразного отряда Decapoda.

Материалы и методы. Исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории «Центр агробиотехнологии» Донского государственного технического университета 2024-2025 гг.

Результаты. Выявлены комплексные изменения в экспрессии ключевых генов, регулирующих иммунитет, осморегуляцию, антиоксидантную защиту, метаболизм хитина и клеточный гомеостаз. Показано, что эти тканеспецифичные и времязависимые изменения экспрессии являются центральным механизмом адаптационного ответа на стресс.

Заключение. Проведенный анализ современных научных данных позволил систематизировать информацию о влиянии абиотических и биотических стресс-факторов на экспрессию генов у ракообразных, в частности у представителей отряда Decapoda. Установлено, что изменения ключевых параметров окружающей среды (таких как температура, pH, концентрация аммиака и нитритов) и воздействие патогенов (вирусов, бактерий) вызывают сложные молекулярные ответы, затрагивающие гены, связанные с иммунитетом, осморегуляцией, антиоксидантной защитой, метаболизмом хитина и клеточным гомеостазом.

crustaceansstress factorsgene expressionimmunityaquaculturetranscriptome analysisantioxidant systemchitin metabolismosmoregulationDecapodaракообразныестресс-факторыэкспрессия геновиммунитетаквакультуратранскриптомный анализантиоксидантная системахитиновый метаболизмосморегуляцияDecapodaLi, B. B., Fan, J. Q., Hong, Q. M., Yan, Z. Y., Yang, X. J., Lu, K. C., Chen, G. L., Li, M., Huang, W., & Chen, Y. H. (2022). Transcriptome analysis endoplasmic reticulum stress response in Litopenaeus vannamei hemocytes. Fish & Shellfish Immunology, 124, 421–429. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.04.008. EDN: https://elibrary.ru/TNGTWCLi, B. B., Fan, J. Q., Hong, Q. M., Yan, Z. Y., Yang, X. J., Lu, K. C., Chen, G. L., Li, M., Huang, W., & Chen, Y. H. (2022). Transcriptome analysis endoplasmic reticulum-stress response in Litopenaeus vannamei hemocytes. Fish & Shellfish Immunology, 124, 421–429. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.04.008. EDN: https://elibrary.ru/TNGTWCAli, M. Y., Pavasovic, A., Mather, P. B., & Prentis, P. J. (2015). Analysis, characterisation and expression of gill-expressed carbonic anhydrase genes in the freshwater crayfish Cherax quadricarinatus. Gene, 564(2), 176–187.Li, Y., Pan, L., Tong, R., Li, Y., Li, Z., & Chen, Y. (2022). Effects of ammonia-N stress on molecular mechanisms associated with immune behavior changes in the haemocytes of Litopenaeus vannamei. Molecular Immunology, 149, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.molimm.2022.05.122. EDN: https://elibrary.ru/VHMURXCheng, H., Dai, Y., Ruan, X., Duan, X., Zhang, C., Li, L., Huang, F., Shan, J., Liang, K., Jia, X., Wang, Q., & Zhao, H. (2022). Effects of nanoplastic exposure on the immunity and metabolism of red crayfish (Cherax quadricarinatus) based on high-throughput sequencing. Ecotoxicology and Environmental Safety, 245, 114114. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.114114. EDN: https://elibrary.ru/YWNPNOMengal, K., Kor, G., Kozák, P., & Niksirat, H. (2023). Effects of environmental factors on the cellular and molecular parameters of the immune system in decapods. Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology, 276, 111332. ISSN 1095-6433.Nie, X., Huang, C., Wei, J., Wang, Y., Hong, K., Mu, X., Liu, C., Chu, Z., Zhu, X., & Yu, L. (2024). Effects of photoperiod on survival, growth, physiological, and biochemical indices of redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus) juveniles. Animals (Basel), 14(3), 411. https://doi.org/10.3390/ani14030411. EDN: https://elibrary.ru/CBDJWIZheng, J., Jia, Y., Li, F., Chi, M., Cheng, S., Liu, S., Jiang, W., & Liu, Y. (2023). Changes in the gene expression and gut microbiome to the infection of decapod iridescent virus 1 in Cherax quadricarinatus. Fish & Shellfish Immunology, 132, 108451. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.108451. EDN: https://elibrary.ru/IXYLCYChen, D., & Wang, H. (2022). Redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus) responds to Vibrio parahaemolyticus infection by activating toll and immune deficiency signaling pathways and transcription of associated immune response genes. Fish & Shellfish Immunology, 127, 611–622. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.06.069. EDN: https://elibrary.ru/CPYCBZJiang, Q., Zhang, W., Tan, H., Pan, D., Yang, Y., Ren, Q., & Yang, J. (2014). Analysis of gene expression changes, caused by exposure to nitrite, in metabolic and antioxidant enzymes in the red claw crayfish, Cherax quadricarinatus. Ecotoxicology and Environmental Safety, 104, 423–428.Liu, H. P., Chen, R. Y., Zhang, Q. X., Peng, H., & Wang, K. J. (2011). Differential gene expression profile from haematopoietic tissue stem cells of red claw crayfish, Cherax quadricarinatus, in response to WSSV infection. Developmental & Comparative Immunology, 35(7), 716–724.Krishnan, K., Prabhudas, S. K., Jayaraman, K., Angel, J. R. J., Jangam, A. K., Katneni, V. K., & Shekhar, M. S. (2023). Transcriptomic variations associated with salinity stress in Penaeus indicus. Molecular Biology Reports, 50(11), 9295–9306. https://doi.org/10.1007/s11033-023-08824-4. EDN: https://elibrary.ru/CNOVQAHernández Aguirre, L. E., Fuentes Sidas, Y. I., Rivera Rangel, L. R., Gutiérrez Méndez, N., Yepiz Plascencia, G., Chávez Flores, D., Zavala Díaz de la Serna, F. J., Peralta Pérez, M. D. R., & García Triana, A. (2022). cDNA characterization and expression of selenium dependent CqGPx3 isoforms in the crayfish Cherax quadricarinatus under high temperature and hypoxia. Genes (Basel), 13(2), 179. https://doi.org/10.3390/genes13020179. EDN: https://elibrary.ru/IQAFSQHernández-Aguirre, L. E., Fuentes-Sidas, Y. I., Rivera-Rangel, L. R., Gutiérrez-Méndez, N., Yepiz-Plascencia, G., Chávez-Flores, D., Zavala-Díaz de la Serna, F. J., Peralta-Pérez, M. D. R., & García-Triana, A. (2022). cDNA characterization and expression of selenium-dependent CqGPx3 isoforms in the crayfish Cherax quadricarinatus under high temperature and hypoxia. Genes (Basel), 13(2), 179. https://doi.org/10.3390/genes13020179. EDN: https://elibrary.ru/IQAFSQCallaghan, N. I., & MacCormack, T. J. (2022). Ecophysiological perspectives on engineered nanomaterial toxicity in fish and crustaceans. Comparative Biochemistry and Physiology C: Toxicology & Pharmacology, 193, 30–41.Callaghan, N. I., & MacCormack, T. J. (2 Newton). Ecophysiological perspectives on engineered nanomaterial toxicity in fish and crustaceans. Comparative Biochemistry and Physiology C: Toxicology & Pharmacology, 193, 30–41.Boulangé Lecomte, C., Forget Leray, J., & Xuereb, B. (2014). Sexual dimorphism in Grp78 and Hsp90A heat shock protein expression in the estuarine copepod Eurytemora affinis. Cell Stress Chaperones, 19(4), 591–597. https://doi.org/10.1007/s12192-013-0482-3. EDN: https://elibrary.ru/RVIOPKBoulangé-Lecomte, C., Forget-Leray, J., & Xuereb, B. (2014). Sexual dimorphism in Grp78 and Hsp90A heat shock protein expression in the estuarine copepod Eurytemora affinis. Cell Stress Chaperones, 19(4), 591–597. https://doi.org/10.1007/s12192-013-0482-3. EDN: https://elibrary.ru/RVIOPKTarasova, I. V. (2010). The complement system. Allergology and Immunology in Pediatrics, 2(21), 45–48.Тарасова, И. В. (2010). Система комплемента. Аллергология и иммунология в педиатрии, 2(21), 45–48.Mishchenko, A. A. (2021). Transmembrane C-type lectin receptors in immunity. Bulletin of Syktyvkar University. Series 2: Natural Sciences. Medicine, 4(20). https://doi.org/10.34130/2306-6229-2021-4-8. EDN: https://elibrary.ru/HZICQKМищенко, А. А. (2021). Трансмембранные лектиновые рецепторы с-типа в иммунитете. Вестник Сыктывкарского университета. Серия 2: Естествознание. Медицина, 4(20). https://doi.org/10.34130/2306-6229-2021-4-8. EDN: https://elibrary.ru/HZICQKRudoy, D. V., Olshevskaya, A. V., Shevchenko, V. N., Golovko, L. S., & Oganisyan, M. M. (2025). Materials for the technology of pond cultivation of Australian red claw crayfish Cherax quadricarinatus (von Martens, 1868). Agrarian Bulletin of the North Caucasus, 15(1), 48–59. https://doi.org/10.31279/2949-4796-2025-15-1-48-59. EDN: https://elibrary.ru/CBVDZLRudoy, D. V., Olshevskaya, A. V., Shevchenko, V. N., Golovko, L. S., & Oganisyan, M. M. (2025). Materials for the technology of pond cultivation of Australian red-claw crayfish Cherax quadricarinatus (von Martens, 1868). Agrarian Bulletin of the North Caucasus, 15(1), 48–59. https://doi.org/10.31279/2949-4796-2025-15-1-48-59. EDN: https://elibrary.ru/CBVDZLZhang, X., Yuan, J., Li, F., & Xiang, J. (2021). Chitin synthesis and degradation in crustaceans: A genomic view and application. Marine Drugs, 19(3), 153. PMID: 33804177; PMCID: PMC8002005. https://doi.org/10.3390/md19030153. EDN: https://elibrary.ru/SKKSZAGuo, H., et al. (2013). Gene expression of apoptosis-related genes, stress protein and antioxidant enzymes in hemocytes of white shrimp Litopenaeus vannamei under nitrite stress. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, 157(4), 366–371.Yang, Y., Xu, W., Jiang, Q., Ye, Y., Tian, J., Huang, Y., Du, X., Li, Y., Zhao, Y., & Liu, Z. (2022). Effects of low temperature on antioxidant and heat shock protein expression profiles and transcriptomic responses in crayfish (Cherax destructor). Antioxidants, 11, 1779. https://doi.org/10.3390/antiox11091779. EDN: https://elibrary.ru/MFDMIW