《Aquaculture Reports》：Integrated multi-omics analysis reveals adaptive strategies of the intestine and intestinal microbiota in Acanthopagrus schlegelii across different habitats
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为解决双壳类养殖对栖息鱼类生态影响不明确的问题，研究人员采用16S rRNA测序和转录组学技术，对比了象山港牡蛎养殖区与自然对照区黑鲷肠道及环境微生物组、肠道与肝脏基因表达谱。结果发现，养殖区黑鲷肠道内病原菌与环境适应菌增殖，MAPK、FoxO信号通路及吞噬体-溶酶体通路显著激活，肝脏中内质网应激、蛋白折叠与免疫相关通路富集，表明肠道-肝脏轴协同介导了系统应激反应。该研究揭示了鱼类在双壳类养殖环境下的适应性调控机制，为评估养殖活动的生态风险与管理策略提供了科学依据。
在辽阔的海洋中，双壳贝类养殖是全球重要的海水养殖产业，它们不仅为人类提供了丰富的海产品，还能通过固碳、净化水质等方式为海洋生态系统提供服务。然而，这些养殖活动是否会对栖息在周边的鱼类产生深远影响，一直是个未解之谜。特别是像黑鲷(Acanthopagrus schlegelii)这样具有重要经济与生态价值的鱼类，它们常常聚集在牡蛎养殖区周围，是研究“鱼类-养殖环境”相互作用的理想模型。当前，野生鱼类资源因过度捕捞、环境污染等因素而急剧衰退，增殖放流成为恢复资源的重要手段，但人工培育的鱼种在放流后常面临适应能力差、存活率低等挑战。因此，深入理解鱼类在不同环境下的适应机制，尤其是其关键器官（如肠道和肝脏）以及体内“微生物伙伴”（肠道微生物组）如何协同应对环境压力，对于提升鱼类健康、优化养殖管理及评估生态风险都至关重要。
本研究发表在《Aquaculture Reports》，旨在通过整合多组学方法，系统揭示黑鲷在牡蛎养殖与自然环境下的适应性策略。研究人员聚焦于我国重要的养殖海湾——象山港，分别从牡蛎养殖区(ASF)和自然对照区(ASC)采集了黑鲷样本，并同步收集了水体和沉积物环境样本。关键的技术方法主要包括：（1）16S rRNA高通量测序，用于分析肠道、水体和沉积物中的微生物组成与结构；（2）转录组测序(RNA-seq)，用于比较黑鲷肠道和肝脏组织在两种环境下的差异基因表达谱；（3）定量PCR(qPCR)，对筛选出的差异表达基因进行验证；（4）多组学关联分析（如共惯性分析，CIA），探究肠道微生物与宿主基因表达之间的相关性。
3.1 微生物组测序数据与多样性分析
通过对所有样本进行16S测序，共获得60,348个扩增子序列变体(ASV)。稀释曲线表明测序深度已充分覆盖样本中的微生物多样性。α多样性分析显示，沉积物样本的微生物丰度与多样性最高，而肠道样本的数值最低。两组黑鲷肠道微生物的α多样性无显著差异，但其群落结构存在明显区别。
3.2 肠道微生物群落结构
在黑鲷肠道中，优势菌门为变形菌门(Proteobacteria，60.10%)、厚壁菌门(Firmicutes，13.53%)、放线菌门(Actinobacteria，10.60%)和拟杆菌门(Bacteroidetes，10.55%)。韦恩图分析表明，不同组别共享和独有的ASV存在差异。圈图进一步显示，在牡蛎养殖区(ASF)的黑鲷肠道中，出现了如Psychrobacter等环境适应菌，以及Aliivibrio、Cutibacterium等潜在致病菌的特异性增殖。源追踪分析估算，养殖区黑鲷肠道菌群有约17.43%来源于沉积物，5.86%来源于水体。
3.3 肠道组织的转录组分析
肠道转录组测序获得了高质量数据，主成分分析(PCA)和热图清晰地将ASF组与ASC组分开。与对照组相比，ASF组共鉴定出2012个差异表达基因(DEG)，其中1257个上调，755个下调。GO富集分析显示，这些DEG显著富集于细胞外区、免疫系统过程、对外部刺激反应等条目。KEGG通路分析发现，ASF组显著改变了18条通路，其中上调通路主要与信号分子互作、转运与分解代谢相关，下调通路则与脂质代谢、信号转导等相关。网络分析进一步确定细胞因子-细胞因子受体相互作用、溶酶体、凋亡和FoxO信号通路是关键的环境响应通路。基因集富集分析(GSEA)证实，MAPK信号通路和细胞因子-细胞因子受体相互作用通路在ASF组中呈显著正富集。对溶酶体通路和FoxO信号通路的深入分析显示，多个关键基因（如组织蛋白酶、细胞周期蛋白、GADD蛋白等）表达显著上调。
3.4 肝脏组织的转录组分析
肝脏转录组分析同样显示出两组间基因表达模式的明显分离。ASF组共鉴定出1906个DEG（1297个上调，609个下调）。GO富集分析中，内质网(ER)、内质网应激反应、糖蛋白代谢过程等条目最为显著。KEGG分析显示，24条通路显著富集，包括内质网中的蛋白质加工、蛋白质输出、细胞因子-细胞因子受体相互作用通路上调，以及类固醇生物合成、甘油脂代谢等通路下调。KEGG和GSEA分析均表明，内质网中的蛋白质加工通路和吞噬体通路在ASF组中被显著激活，与金属离子稳态、炎症反应、细菌反应等相关的基因也显著上调。
3.5 qPCR验证与肠道转录组-微生物组整合分析
对9个关键DEG的qPCR验证结果与RNA-seq数据一致，证实了转录组数据的可靠性。共惯性分析与相关性热图揭示了肠道微生物与宿主基因表达之间的强相关性。例如，Cutibacterium的丰度与多个应激反应基因（如mt2、meltf、prdx6）呈显著正相关；Aliivibrio与klf9、phlda2正相关，与meltf负相关。这些关联表明，肠道菌群失调可能通过营养、免疫和氧化应激等相关通路，驱动宿主对环境挑战的适应性反应。
研究结论与讨论
本研究通过整合微生物组与转录组学分析，系统揭示了黑鲷在应对牡蛎养殖环境压力时的协同适应机制。主要结论与意义如下：
首先，牡蛎养殖环境显著改变了黑鲷肠道微生物组的组成，导致环境适应菌和潜在致病菌（如Psychrobacter、Aliivibrio、Vibrio、Cutibacterium）增殖。这种菌群失调可能源于养殖区水体中重金属、硫化物、氨氮等环境因子的变化，并通过摄食等途径从环境（特别是沉积物）传入鱼类肠道。
其次，在转录组层面，养殖区黑鲷的肠道表现出强烈的应激与免疫应答。MAPK信号通路的激活是应对环境压力的核心反应；FoxO信号通路的上调关联了代谢重编程、细胞周期调控与凋亡；而溶酶体与吞噬体通路的激活则增强了细胞的废物清除与病原防御能力。在肝脏中，内质网应激通路的显著富集以及蛋白加工、折叠相关基因的上调，表明肝脏正通过增强蛋白质质量控制来应对系统性压力，这揭示了“肠道-肝脏轴”在介导全身性应激反应中的关键作用。
最后，相关性分析构建了“微生物-基因”调控网络，表明肠道微生物的变化与宿主在重金属响应（如mt2）、氧化应激（如prdx6）、免疫调节（如lyg, casp6）等方面的基因表达改变密切相关。这提示肠道菌群与特定基因可作为黑鲷环境适应性的潜在生物标志物。
综上所述，这项研究不仅从分子与微生物层面阐明了鱼类对双壳类养殖环境的适应策略，也为评估贝类养殖的生态影响、监测栖息生物健康以及制定可持续的海水养殖管理方案提供了重要的科学依据。未来在增殖放流、生态保护与环境监测中，应特别关注贝类养殖对栖息生物的潜在负面影响，并加强对病原、环境因子及生物健康的综合监控。
