科學(xué)家構(gòu)建草魚腸道微生物基因目錄，助力推動(dòng)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的綠色發(fā)展

魚，是春節(jié)吃食之中必不可少的一種食材。口感鮮美細(xì)嫩的草魚，是中國人飯桌上常見的生鮮食材，也是全球養(yǎng)殖量最多的淡水魚之一，為全球魚產(chǎn)品供應(yīng)的改善作出了重要貢獻(xiàn)。

（來源：AI 生成）

不過，土地、飼料等生產(chǎn)要素的限制和病原體、寄生蟲等養(yǎng)殖環(huán)境的壓力，給正處于高效和綠色發(fā)展過程中的水產(chǎn)養(yǎng)殖，帶來了持續(xù)挑戰(zhàn)。

與此同時(shí)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的第 194 號(hào)公告明令禁止將抗生素作為飼料藥物添加劑，也充分表明開發(fā)替代品的急迫性。

因此，對魚類微生物組的研究，有可能為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)當(dāng)下面臨的挑戰(zhàn)提供新的解決方案。

據(jù)介紹，在生物體中，存在著大量能與其共同生存的共生微生物群，包括大量真菌、細(xì)菌和病毒等。共生微生物群在疾病、健康和免疫穩(wěn)態(tài)方面的重要作用，已經(jīng)在人類身上得到證實(shí)。

同樣地，在對魚類進(jìn)行研究的過程中，相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)，共生微生物群在宿主的新陳代謝和免疫中扮演著重要角色。

例如，通過對鮭科魚類和相關(guān)支原體物種的宏基因組進(jìn)行研究，他們揭示了微生物對于鮭科魚宿主的特定功能，包括必需氨基酸的生物合成和 B 組維生素的代謝。

即便如此，作為養(yǎng)殖動(dòng)物的魚類的宏基因組研究，依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于畜禽，就連經(jīng)濟(jì)魚類的微生物基因目錄也尚未構(gòu)建。

基于此，近期，來自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所的研究團(tuán)隊(duì)，對草魚腸道微生物群的結(jié)構(gòu)和功能特征進(jìn)行了研究。

由于飲食是影響腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵因素，而水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料主要分為三類，分別是肉食性（動(dòng)物蛋白為主）、雜食性（動(dòng)物蛋白和植物蛋白相對平衡）和草食性（植物蛋白為主）飼料，因此該課題組分別基于肉食性、雜食性和草食性飲食的草魚，進(jìn)行了微生物群宏基因組測序。

他們在建立基因目錄的同時(shí)，也通過多組學(xué)方法評估了關(guān)鍵微生物類群在宿主相互作用方面的功能意義。

圖丨草魚腸道微生物組基因目錄的建立與分析（來源：Microbiome）

近日，相關(guān)論文以《通過多組學(xué)方法解讀草魚腸道微生物組》（）為題在 Microbiome 上發(fā)表[1]。

圖丨相關(guān)論文（來源：Microbiome）

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所博士研究生黎明為該論文的第一作者，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所研究員和研究員擔(dān)任該論文的共同通訊作者。

從結(jié)果來看，課題組成員通過宏基因組測序一共獲得 476855093 個(gè)有效讀段，經(jīng)過質(zhì)量控制和去宿主處理后，共組裝了 2099912 個(gè)拼接片段，并鑒定出 575856 個(gè)非冗余基因。

從門水平上看，超過 50% 的注釋基因?qū)儆谧冃尉T，其次是擬桿菌門、厚壁菌門和梭桿菌門。

分類學(xué)和功能注釋結(jié)果表明，與哺乳動(dòng)物相比，魚類的腸道微生物功能存在偏差，營養(yǎng)代謝的遺傳能力較低，但微生物間相互作用的遺傳能力較高。

接著，該團(tuán)隊(duì)通過共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，變形菌門和梭桿菌門、厚壁菌門或擬桿菌門之間存在相互排斥的模式，這說明屬于變形菌門的核心屬與屬于后三者的核心屬之間存在相互排斥的關(guān)系，證明草魚腸道微生物群存在兩個(gè)獨(dú)立的生態(tài)群。

隨后，為了探究草魚腸道菌群的功能特征，研究人員還對腸道菌群和宿主基因模塊進(jìn)行了相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)上述兩個(gè)生態(tài)群可以被認(rèn)為是兩個(gè)功能群，即功能群 1（變形菌門）和功能群 2（梭桿菌/厚壁菌/擬桿菌門），而且它們與宿主的營養(yǎng)代謝和免疫相關(guān)。

另外，他們還發(fā)現(xiàn)，功能群 1 和功能群 2 在多個(gè)方面都存在差異，包括毒力因子、碳水化合物利用，以及抗生素耐藥性的遺傳能力等。

具體來說，功能群 2 富集了編碼阿拉伯木聚糖、果膠、黏蛋白、菊粉和纖維素酶的碳水化合物活性酶基因，但功能群 1 僅富集了與淀粉相關(guān)的碳水化合物活性酶基因家族。并且，相較于功能群 2，功能群 1 能夠編碼更多的毒力因子基因。

此外，該團(tuán)隊(duì)還通過實(shí)驗(yàn)證明，“功能 2/功能 1”的比值可以作為有效評估草魚腸道微生物群落結(jié)構(gòu)和功能特征的參數(shù)。

總的來說，該研究展示了與構(gòu)成魚類微生物群的功能影響有關(guān)的深入見解，并揭示了調(diào)節(jié)微生物群的目標(biāo)，有助于推動(dòng)針對腸道微生物群的水產(chǎn)養(yǎng)殖的綠色開發(fā)。

參考資料：

1. Li, M., Liang, H., Yang, H. et al. Deciphering the gut microbiome of grass carp through multi-omics approach. Microbiome 12, 2 (2024). https://doi.org/10.1186/s40168-023-01715-7