剑鱼（Xiphias gladius）肠道微生物群的首次元分类特征分析

《Environmental Microbiology Reports》：First Metataxonomic Characterisation of Gut Microbiota of Swordfish (Xiphias gladius)

剑鱼肠道菌群首次系统分析揭示Pseudomonadota和Fusobacteriota为优势菌群，Photobacterium占绝对优势（>90%）。不同体重（10-20kg、21-30kg、>30kg）及FAO渔区（27、34、37.1.1）的α多样性差异显著（Shannon指数差异p<0.05），但β多样性无显著差异。小体重剑鱼菌群多样性较低，主要依赖Photobacterium；大体重及不同渔区样本出现Pseudoalteromonas、Cetobacterium等属（丰度4.6%-13.7%）。该研究为评估剑鱼食品安全提供了微生物组学依据。

　　剑鱼（*Xiphias gladius*）是一种体型较大、具有迁徙习性的顶级捕食者，以肉食为主，占据海洋食物链的顶端位置。尽管剑鱼在商业上具有重要价值，且是欧洲多国渔场的重要捕捞对象，但其肠道微生物群的研究却长期缺失。本研究首次利用下一代测序技术对剑鱼的肠道微生物群进行了全面的元基因组分析，揭示了剑鱼肠道微生物群的组成特征及其与鱼体大小、捕捞区域之间的关系。

### 研究背景与意义

剑鱼广泛分布于全球各大洋的热带、温带甚至部分冷水区域，是地中海和大西洋生态系统中的重要物种。它不仅在生态学上具有重要意义，因其广谱的食性，被认为是监测生态系统变化的良好指标；在商业上，剑鱼是欧盟多个渔场的重要捕捞对象，尤其是西班牙和意大利，其产量占据全球的近三分之一。然而，随着剑鱼的过度捕捞，其种群数量面临严重威胁，同时也引发了对其食品安全的关注。

近年来，全球对鱼类肠道微生物群的研究逐渐增多，涵盖了多种鱼种，但剑鱼的研究仍然非常有限。鱼的肠道微生物群不仅与其生活环境密切相关，还与个体的生长阶段、饮食结构、生理状态等因素息息相关。了解剑鱼的肠道微生物群，不仅有助于揭示其生态适应性，还能为评估其食品安全性提供依据，从而为可持续渔业管理提供科学支持。

### 研究方法与过程

本研究采集了来自不同FAO渔区（FAO 27、34和37.1.1）的100条剑鱼样本，并根据其体重分为三个组别：10–20公斤、21–30公斤和超过30公斤。为了减少肠道微生物群的组成变化，所有样本在采集后立即送往实验室，并在4°C条件下保存，以防止微生物变化。通过使用QIAamp DNA Mini Kit提取DNA，并利用Bact341F和Bact785R引物对16S rRNA基因的V3–V4区域进行扩增，最终通过Illumina MiSeq平台获得测序数据。

在数据分析方面，采用了QIIME2 2020.2版本进行处理，包括序列筛选、修剪、质量过滤和去噪等步骤。通过DADA2工具生成的Amplicon Sequence Variants（ASVs）被转换为Operational Taxonomic Units（OTUs），以降低计算复杂性并保持足够的分辨率。随后，利用SILVA数据库进行分类学分析，并采用Geometric Mean of Pairwise Ratio（GMPR）方法对数据进行标准化处理。统计分析使用了phyloseq软件包，对α多样性（包括观察到的OTU数量、Pielou指数和Shannon指数）和β多样性（基于Bray-Curtis距离的NMDS图）进行了评估。

### 研究结果

研究结果显示，剑鱼肠道微生物群的主要优势菌门为Pseudomonadota，占所有样本的92%；其次是Fusobacteriota，占7%。其他菌门如Bacillota、Cyanobacteriota和Mycoplasmatota的相对丰度较低，均低于1%。在属水平上，*Photobacterium*是所有样本中最为丰富的属，其相对丰度在小体型剑鱼中高达98.5%，而在中等和大体型剑鱼中则分别下降至60.2%和80%。相比之下，*Pseudoalteromonas*、*Psychrobacter*、*Psychrilyobacter*和*Cetobacterium*在大体型剑鱼中更为常见，其相对丰度随鱼体大小显著增加。

在不同捕捞区域的比较中，尽管*Photobacterium*在所有区域中都占据主导地位，但各区域的微生物群落组成仍存在显著差异。例如，在FAO 27区域，*Cetobacterium*的相对丰度较高，而在FAO 34和FAO 37.1.1区域，*Pseudoalteromonas*的相对丰度更高。这种差异可能与不同区域的环境条件、水温、盐度以及剑鱼的饮食结构有关。

α多样性分析显示，剑鱼的肠道微生物群在不同体重类别中存在显著差异。具体而言，小体型剑鱼的α多样性明显低于中等和大体型剑鱼，尤其是在Shannon指数方面。然而，FAO渔区之间的差异并不显著，只有在FAO 34与FAO 37.1.1之间观察到一定的Shannon指数差异。β多样性分析则未发现显著的群落分组，表明剑鱼肠道微生物群在不同体重和捕捞区域之间具有一定的相似性。

### 讨论与分析

剑鱼的肠道微生物群表现出显著的体重相关性。小体型剑鱼的肠道微生物群较为单一，主要由*Photobacterium*主导，而随着鱼体增大，其他属如*Pseudoalteromonas*、*Psychrobacter*、*Psychrilyobacter*和*Cetobacterium*的相对丰度逐渐增加。这可能与剑鱼在不同生长阶段的食性变化有关。例如，幼年剑鱼主要以小型鱼类为食，而成年剑鱼则更多地捕食甲壳类和头足类动物，这种饮食的多样性可能促进了肠道微生物群的丰富性。

此外，FAO渔区的环境差异也对剑鱼的肠道微生物群产生了影响。*Cetobacterium*在FAO 27区域更为常见，这可能与该区域的水温、盐度或其他环境因素有关。而在FAO 34和FAO 37.1.1区域，*Pseudoalteromonas*的相对丰度较高，这可能反映了不同区域的微生物环境特征。

值得注意的是，*Photobacterium*在剑鱼肠道中的高丰度与该菌属在其他鱼类中的分布存在差异。在许多其他肉食性鱼类中，*Vibrio*、*Pseudomonas*、*Acinetobacter*等菌属更为常见，但在剑鱼中，这些菌属的相对丰度较低。这可能与剑鱼的消化系统结构、生理特性以及生活环境有关。*Photobacterium*被认为具有促进甲壳类物质分解的能力，同时也能产生组胺等生物胺，这些物质在食品中可能带来安全隐患。

### 研究的科学价值与应用前景

本研究的发现不仅丰富了剑鱼肠道微生物群的科学认知，也为未来剑鱼的食品安全评估提供了重要依据。剑鱼作为高价值的海产品，其肠道微生物群的组成和多样性可能影响其肉质的微生物污染程度，从而影响食品的安全性。因此，进一步研究剑鱼肠道微生物群与环境、食性之间的关系，将有助于优化其养殖和加工流程，减少潜在的微生物污染风险。

此外，本研究的结果还为理解鱼类肠道微生物群的普遍规律提供了参考。尽管不同鱼种的肠道微生物群存在差异，但总体趋势表明，鱼的体重和生活环境是影响其肠道微生物群的主要因素。未来的研究可以扩展到其他海洋区域，如太平洋和印度洋，以进一步揭示剑鱼肠道微生物群的全球分布特征。同时，研究不同捕捞技术、运输和储存条件对肠道微生物群的影响，也将为提升剑鱼产品的安全性和品质提供支持。

### 结论与展望

本研究首次对剑鱼的肠道微生物群进行了系统的分析，揭示了其与鱼体大小和捕捞区域之间的关系。研究结果表明，剑鱼肠道微生物群的多样性主要受体重影响，而捕捞区域的影响相对较小。这一发现对于理解剑鱼的生态适应性、评估其食品安全性以及制定可持续渔业管理策略具有重要意义。

未来的研究可以进一步探索剑鱼肠道微生物群的功能特性，例如其在营养代谢、免疫调节和病原体防御中的作用。此外，研究剑鱼肠道微生物群与环境因素（如水温、盐度、污染物）之间的相互作用，也将有助于全面理解剑鱼的生态与生理特性。随着对剑鱼肠道微生物群研究的深入，我们有望更好地利用这一信息，提升剑鱼的养殖和加工技术，从而保障其作为全球重要海产品的可持续发展。