全球变暖下南美白对虾肠道型迁移对其健康与疾病状态的影响：微观生态视角的新认知

全球变暖威胁生物多样性，南美白对虾因肠道微生物群（IM）失调面临疾病风险，其健康受环境温度影响机制不明。研究人员分析多国数据，将虾 IM 分为三种肠道型。发现温度影响肠道型分布及疾病概率，为虾健康养殖管理提供依据。

　　在当今时代，全球变暖就像一场悄然蔓延的 “生态危机风暴”，席卷着地球上的每一个角落，对整个生物界造成了极为严峻的威胁。对于变温动物而言，它们就像脆弱的 “生态哨兵”，对温度变化极为敏感。南美白对虾（Litopenaeus vannamei）作为全球海洋生物资源利用的重要典范，在水产养殖领域占据着举足轻重的地位。然而，随着全球气候变暖，水温波动越来越频繁，南美白对虾正遭受着一系列与肠道微生物群（Intestinal Microbiota，IM）失调相关的疾病困扰，给全球虾类养殖业带来了巨大的经济损失。可令人遗憾的是，直到现在，人们对于环境变暖究竟如何影响南美白对虾的健康，还知之甚少。

为了揭开这层神秘的 “面纱”，来自中山大学等多个研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们深知，只有深入了解其中的机制，才能找到解决问题的办法，为南美白对虾养殖业的可持续发展保驾护航。经过不懈努力，研究人员取得了一系列重要成果，相关论文发表在《Communications Biology》上。这一研究不仅丰富了人们对虾类健康养殖的认知，更为应对全球变暖对变温动物的挑战提供了宝贵的线索。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们从巴西、中国、厄瓜多尔等九个国家的主要对虾养殖区域收集了 15 个队列，共计 1369 份虾肠道微生物数据，构建了全球虾肠道微生物目录。通过 16S rRNA 基因扩增子测序、宏基因组测序、转录组测序等多组学分析技术，深入探究了肠道微生物的组成、功能和多样性。同时，运用方差分区分析（VPA）、Mantel 检验等统计方法，分析环境因素对肠道微生物结构的影响。此外，还进行了环境升温实验和 RNA 干扰（RNAi）实验，验证温度对虾肠道微生物和抗菌肽表达的影响。

下面让我们一起详细了解一下研究结果。

1. 全球虾肠道微生物目录：研究人员收集了来自九个国家的 1369 份虾肠道数据，涵盖不同年龄、养殖模式。经过 16S rRNA 基因扩增子测序和质量控制，获得 6100 万条 clean reads 和 13204 个扩增子序列变体（ASVs）。通过分析发现，变形菌门（Proteobacteria）、柔膜菌门（Tenericutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是最丰富的门，弧菌属（Vibrio）、芽孢原体菌属（Candidatus Bacilloplasma）、希瓦氏菌属（Shewanella）等是相对丰度较高的属。并且，虾肠道微生物的 α 多样性在不同国家存在差异，且呈现出明显的纬度分布模式。此外，还确定了 19 个核心 ASVs，其总相对丰度占虾 IM 的 52.4% ，但在不同国家的丰度有所不同。
2. 虾 IM 分为三种肠道型：基于 Dirichlet 多项式混合（DMM）模型进行肠道型分析，研究人员将虾 IM 分为三种肠道型，分别由弧菌属（ET_V）、希瓦氏菌属（ET_S）和芽孢原体菌属（ET_CB）主导。这三种肠道型在功能上存在显著差异，ET_V富含与亚麻酸脂质代谢等相关的功能，ET_S包含与矿物质吸收等相关的功能，ET_CB则具有脂肪酸生物合成等功能。同时，三种肠道型的微生物多样性和结构也有所不同，在不同国家的区域分布存在差异。
3. 肠道型与虾健康状态相关：研究人员选取了 165 只患病虾（98 只患白便综合征（White Feces Syndrome，WFS）和 67 只患肝胰腺坏死综合征（Hepatopancreas Necrosis Syndrome，HPNS））和 167 只对照虾进行研究，发现肠道型在患病虾和健康虾中的分布存在明显差异。通过随机森林模型预测疾病概率，结果显示 ET_CB中 WFS 的疾病概率（POD）值最高，ET_V中 HPNS 的 POD 值显著高于其他肠道型。此外，分子生态网络分析（MENA）表明，ET_CB的物种相互作用较弱且复杂度较低。研究还发现，弧菌属与芽孢原体菌属的比例与疾病发生概率相关，可作为区分虾肠道型和健康状态的重要指标。
4. 温度是塑造虾 IM 的最重要因素：通过方差分区分析（VPA）、Mantel 检验等方法，研究人员发现温度是影响虾肠道微生物结构的最主要因素，对微生物 α 多样性也有显著影响。随着温度升高，α 多样性增加，且 19 个核心 ASVs 中有 14 个与温度变化显著相关。弧菌属的相对丰度与温度呈负相关，而希瓦氏菌属和芽孢原体菌属的相对丰度在较高温度下增加。不同肠道型在不同温度下的分布也有所不同，ET_V和 ET_S主要分布在较低温度，ET_CB分布在较高温度。
5. 实验环境升温改变虾肠道型和抗菌肽表达：在实验中，研究人员将虾分别在 20°C、24°C、28°C、32°C 和 36°C 的环境中养殖一周，发现随着温度升高，弧菌属的相对丰度下降，希瓦氏菌属和芽孢原体菌属的相对丰度上升，导致弧菌属与芽孢原体菌属的比例降低。同时，α 多样性逐渐增加，微生物结构在不同温度下明显不同，WFS 的 POD 值在较高温度下显著升高，HPNS 的 POD 值则呈现相反趋势。转录组分析表明，环境升温改变了虾肠道的基因表达，其中一些差异表达基因与抗菌肽相关。通过 RNAi 实验沉默抗菌肽基因的表达，进一步验证了环境升温对虾肠道型和抗菌肽表达的影响。

综合上述研究结果，研究人员发现南美白对虾的肠道微生物群可分为三种肠道型，这些肠道型与虾的疾病爆发密切相关。温度作为塑造虾肠道微生物结构的最主要因素，不仅影响肠道型的分布，还通过调节抗菌肽的表达，进而影响虾的健康状态。这一研究为全球变暖背景下变温动物的健康研究提供了新的视角，也为虾类健康养殖管理提供了重要的理论依据和潜在的生态指标。在全球变暖的大趋势下，这一研究成果提醒人们要高度重视温度变化对水产养殖动物的影响，及时采取有效措施应对，以减少经济损失，保障水产养殖业的可持续发展。