2022-10-11
《Microbiome》
影響因子：16.837
文章題目：Intestinal microbiome-mediated resistance against vibriosis for Cynoglossus semilaevis 技術(shù)手段： RNA-seq、宏基因組 9月23日，國際頂級微生物學(xué)雜志Microbiome在線發(fā)表了中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所陳松林院士團(tuán)隊聯(lián)合華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院寧康教授團(tuán)隊合作完成的題為“Intestinal microbiome-mediated resistance against vibriosis for Cynoglossus semilaevis”的研究論文。 該研究以我國特有養(yǎng)殖魚類半滑舌鰨為模型，首次揭示了微生物群落結(jié)構(gòu)、功能和微生物-宿主相互作用在魚類抗病性狀形成中的作用。論文第一作者為黃海水產(chǎn)研究所周茜副研究員和華科大生物信息學(xué)專業(yè)2019級博士生朱雪，通訊作者為陳松林院士和寧康教授。 研究背景 水產(chǎn)養(yǎng)殖是全球食品供應(yīng)的重要組成部分，但面臨著病害頻發(fā)、種質(zhì)退化等挑戰(zhàn)。對于抗病性狀分子機(jī)制的深入認(rèn)識是開展養(yǎng)殖魚類疾病防控和良種培育的關(guān)鍵基礎(chǔ)?，F(xiàn)有研究表明，腸道微生物與魚類傳染性疾病感染有關(guān)，但對腸道微生物在魚類抗病性狀形成中的作用仍知之甚少。 半滑舌鰨（學(xué)名：Cynoglossus semilaevis），是一種重要的經(jīng)濟(jì)比目魚，養(yǎng)殖廣泛，味道鮮美，營養(yǎng)價值較高，是中國國家海洋魚類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系中的九個品種之一。然而，在養(yǎng)殖過程中，弧菌性病原引起的感染性疾病頻繁發(fā)生，導(dǎo)致養(yǎng)殖成活率低至30%，嚴(yán)重限制了半滑舌鰨養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 技術(shù)路線 研究結(jié)果 抗性和易感家系的轉(zhuǎn)錄組差異 通過比較宿主腸道組織的基因表達(dá)譜，確定了半滑舌鰨抗性和易感家系之間的245個DEGs?？剐约蚁抵械?33個上調(diào)表達(dá)基因在脂質(zhì)代謝通路中顯著富集，如類固醇和類固醇激素生物合成、膽固醇代謝和不飽和脂肪酸生物合成（圖1A、1B）。抗性家系中的112個下調(diào)表達(dá)基因在三種免疫相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中顯著富集，包括RIG-I-like受體信號通路、細(xì)胞溶質(zhì)DNA傳感通路和Toll-like受體信號通路（圖1C、1D）。結(jié)果表明抗性和易感家系具有明顯不同的宿主基因表達(dá)模式與功能意義。 圖1 半滑舌鰨差異表達(dá)基因（DEGs）分布及其相關(guān)功能 抗性和易感家系腸道微生物群落組成的差異 在屬水平上，抗性和易感家系分別有9個屬（22.5%）和18個屬（45.0%）具有特異性（圖2A、2B）。在多樣性和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)抗性和易感家系之間的明顯差異，放線菌中的嗜皮菌科和諾卡氏菌科與其他微生物呈正相關(guān)，因此可能是網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵微生物（圖2C、圖2D）。結(jié)果顯示腸道菌群可能從放線菌中招募益生菌，并形成其獨特的微生物群落來抵抗疾病感染。 圖2 半滑舌鰨腸道微生物群落組成、多樣性和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 抗性和易感家系腸道微生物基因差異 腸道微生物中24個VF基因在抗性和易感家系之間存在顯著差異（圖3A）。其中，ipaH2.5在易感家系中顯著富集，可能會間接降低易感家系中促炎細(xì)胞因子的水平。抗性家系的腸道微生物ARG水平高于易感家系，但ARG多樣性沒有顯著差異（圖3B）。此外，檢測到8個基因在抗性和易感家系的豐度存在顯著差異，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（圖3C）。 圖3：半滑舌鰨抗性和易感家系之間腸道微生物組的潛在功能作用 宿主DEGs與腸道微生物之間的關(guān)聯(lián) 通過研究245個DEGs和16種腸道微生物，發(fā)現(xiàn)抗性和易感家系特異性宿主-菌群關(guān)聯(lián)。大多數(shù)與抗性家系上調(diào)和下調(diào)DEGs相關(guān)的微生物也存在差異，這些腸道微生物可能與DEGs互作，從而調(diào)節(jié)弧菌抗性（圖4）。 圖4：半滑舌鰨宿主腸道DEGs與腸道微生物有很強(qiáng)的家族特異性關(guān)聯(lián) 抗弧菌性的菌-腸-免疫軸調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 腸道微生物通過調(diào)控宿主代謝和免疫信號通路等影響半滑舌鰨抗弧菌感染能力。此外，發(fā)現(xiàn)腸道菌群可能通過“菌-腸-免疫軸”調(diào)控宿主的免疫穩(wěn)態(tài)和炎癥反應(yīng)，如Phaeobacter通過調(diào)控自身hdhA基因和宿主膽汁酸生物合成通路cyp27a1基因上調(diào)，同時調(diào)控自身trxA基因和宿主促炎細(xì)胞因子生物合成通路akt基因的表達(dá)下調(diào)，來降低抗病家系的炎癥反應(yīng)，從而提高半滑舌鰨抗弧菌感染能力（圖5）。 圖5：半滑舌鰨涉及抗感染相關(guān)代謝途徑的調(diào)控網(wǎng)絡(luò) 組合腸道微生物和宿主功能標(biāo)記用于區(qū)分抗性家系和易感家系 研究發(fā)現(xiàn)4種微生物標(biāo)記和11種宿主功能標(biāo)記能準(zhǔn)確區(qū)分抗性和易感家系（圖7、圖B）。將微生物和功能標(biāo)記結(jié)合，在區(qū)分抗性和易感家系方面具有更穩(wěn)健的分類性能。結(jié)果表明，組合微生物和功能標(biāo)記可被視為潛在特征，有助于在水產(chǎn)養(yǎng)殖中選擇抗弧菌和快速生長的半滑舌鰨種質(zhì)。 圖6：半滑舌鰨區(qū)分抗性家系和易感家系的多種標(biāo)記 結(jié)論 本研究首次揭示了腸道微生物通過調(diào)節(jié)宿主免疫穩(wěn)態(tài)和降低炎癥反應(yīng)而調(diào)控半滑舌鰨抗弧菌病性狀的分子機(jī)制，所揭示的“菌-腸-免疫軸”調(diào)控模式將有助于理解腸道菌群在魚類抗病性狀形成中的作用，為魚類抗病性狀研究提供了新視角，研究成果為開辟魚類病害防治和良種培育途徑奠定重要基礎(chǔ)。 本研究中轉(zhuǎn)錄組的測序和分析由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。 參考文獻(xiàn)： 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
