2022-10-11
《Microbiome》
影响因子：16.837
文章题目：Intestinal microbiome-mediated resistance against vibriosis for Cynoglossus semilaevis 技术手段： RNA-seq、宏基因组 9月23日，国际顶级微生物学杂志Microbiome在线发表了中国水产科学研究院黄海水产研究所陈松林院士团队联合华中科技大学生命科学与技术学院宁康教授团队合作完成的题为“Intestinal microbiome-mediated resistance against vibriosis for Cynoglossus semilaevis”的研究论文。 该研究以我国特有养殖鱼类半滑舌鳎为模型，首次揭示了微生物群落结构、功能和微生物-宿主相互作用在鱼类抗病性状形成中的作用。论文第一作者为黄海水产研究所周茜副研究员和华科大生物信息学专业2019级博士生朱雪，通讯作者为陈松林院士和宁康教授。 研究背景 水产养殖是全球食品供应的重要组成部分，但面临着病害频发、种质退化等挑战。对于抗病性状分子机制的深入认识是开展养殖鱼类疾病防控和良种培育的关键基础。现有研究表明，肠道微生物与鱼类传染性疾病感染有关，但对肠道微生物在鱼类抗病性状形成中的作用仍知之甚少。 半滑舌鳎（学名：Cynoglossus semilaevis），是一种重要的经济比目鱼，养殖广泛，味道鲜美，营养价值较高，是中国国家海洋鱼类产业技术体系中的九个品种之一。然而，在养殖过程中，弧菌性病原引起的感染性疾病频繁发生，导致养殖成活率低至30%，严重限制了半滑舌鳎养殖产业的健康可持续发展，造成了巨大的经济损失。 技术路线 研究结果 抗性和易感家系的转录组差异 通过比较宿主肠道组织的基因表达谱，确定了半滑舌鳎抗性和易感家系之间的245个DEGs。抗性家系中的133个上调表达基因在脂质代谢通路中显著富集，如类固醇和类固醇激素生物合成、胆固醇代谢和不饱和脂肪酸生物合成（图1A、1B）。抗性家系中的112个下调表达基因在三种免疫相关信号转导通路中显著富集，包括RIG-I-like受体信号通路、细胞溶质DNA传感通路和Toll-like受体信号通路（图1C、1D）。结果表明抗性和易感家系具有明显不同的宿主基因表达模式与功能意义。 图1 半滑舌鳎差异表达基因（DEGs）分布及其相关功能 抗性和易感家系肠道微生物群落组成的差异 在属水平上，抗性和易感家系分别有9个属（22.5%）和18个属（45.0%）具有特异性（图2A、2B）。在多样性和共现网络中发现抗性和易感家系之间的明显差异，放线菌中的嗜皮菌科和诺卡氏菌科与其他微生物呈正相关，因此可能是网络中的关键微生物（图2C、图2D）。结果显示肠道菌群可能从放线菌中招募益生菌，并形成其独特的微生物群落来抵抗疾病感染。 图2 半滑舌鳎肠道微生物群落组成、多样性和共现网络 抗性和易感家系肠道微生物基因差异 肠道微生物中24个VF基因在抗性和易感家系之间存在显著差异（图3A）。其中，ipaH2.5在易感家系中显著富集，可能会间接降低易感家系中促炎细胞因子的水平。抗性家系的肠道微生物ARG水平高于易感家系，但ARG多样性没有显著差异（图3B）。此外，检测到8个基因在抗性和易感家系的丰度存在显著差异，dnaB、tctA、rpL9、deoB、kynU、sorbD在易感家系中富集，而lepA、pncC在抗性家系中富集（图3C）。 图3：半滑舌鳎抗性和易感家系之间肠道微生物组的潜在功能作用 宿主DEGs与肠道微生物之间的关联 通过研究245个DEGs和16种肠道微生物，发现抗性和易感家系特异性宿主-菌群关联。大多数与抗性家系上调和下调DEGs相关的微生物也存在差异，这些肠道微生物可能与DEGs互作，从而调节弧菌抗性（图4）。 图4：半滑舌鳎宿主肠道DEGs与肠道微生物有很强的家族特异性关联 抗弧菌性的菌-肠-免疫轴调控网络 肠道微生物通过调控宿主代谢和免疫信号通路等影响半滑舌鳎抗弧菌感染能力。此外，发现肠道菌群可能通过“菌-肠-免疫轴”调控宿主的免疫稳态和炎症反应，如Phaeobacter通过调控自身hdhA基因和宿主胆汁酸生物合成通路cyp27a1基因上调，同时调控自身trxA基因和宿主促炎细胞因子生物合成通路akt基因的表达下调，来降低抗病家系的炎症反应，从而提高半滑舌鳎抗弧菌感染能力（图5）。 图5：半滑舌鳎涉及抗感染相关代谢途径的调控网络 组合肠道微生物和宿主功能标记用于区分抗性家系和易感家系 研究发现4种微生物标记和11种宿主功能标记能准确区分抗性和易感家系（图7、图B）。将微生物和功能标记结合，在区分抗性和易感家系方面具有更稳健的分类性能。结果表明，组合微生物和功能标记可被视为潜在特征，有助于在水产养殖中选择抗弧菌和快速生长的半滑舌鳎种质。 图6：半滑舌鳎区分抗性家系和易感家系的多种标记 结论 本研究首次揭示了肠道微生物通过调节宿主免疫稳态和降低炎症反应而调控半滑舌鳎抗弧菌病性状的分子机制，所揭示的“菌-肠-免疫轴”调控模式将有助于理解肠道菌群在鱼类抗病性状形成中的作用，为鱼类抗病性状研究提供了新视角，研究成果为开辟鱼类病害防治和良种培育途径奠定重要基础。 本研究中转录组的测序和分析由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。 参考文献： Zhou, Q., Zhu, X., Li, Y. et al. Intestinal microbiome-mediated resistance against vibriosis for Cynoglossus semilaevis. Microbiome 10, 153 (2022). https://doi.org/10.1186/s40168-022-01346-4
