不同活饵料与配合饲料对圆鳍鱼骨骼发育的影响：营养编程调控骨生成基因表达的作用机制

《Aquaculture International》：The effect of different live feed organisms and formulated diet on lumpfish (Cyclopterus lumpus) larval development: part 2—dietary effects on skeletal deformities related to gene expression

本刊推荐：为探究早期营养对圆鳍鱼(Cyclopterus lumpus)骨骼发育的影响，研究人员比较了五种开口饵料（丰年虫、桡足类、蔓足类、混合饵料及配合饲料）对仔鱼骨化程度及畸形率的影响。转录组分析显示，桡足类和配合饲料组仔鱼骨化率最低、畸形率最高，且脂质清除受体(SCARB1/CD36)、脂肪酸代谢及视黄醇通路基因显著上调，表明氧化脂质积累可能通过抑制成骨细胞分化而损害骨骼发育。该研究为水产养殖中精准营养策略制定提供了分子依据。

　　

随着大西洋鲑鱼养殖产量的持续增长，鲑鱼养殖业面临着一项重大挑战——海虱的防治。海虱作为一种常见寄生虫，不仅严重影响养殖鲑鱼的福利健康，还可能对野生鱼类资源造成威胁。尽管目前已有多种防治方法，包括使用防护裙、药饵、淡水/热水浴、激光和机械清除等，但这些措施往往会给鱼类带来应激反应，甚至导致死亡。在此背景下，使用清洁鱼类（如圆鳍鱼）来清除鲑鱼体表的海虱，成为一种颇具前景的生物防治策略。

然而，将圆鳍鱼这一新物种引入商业化生产，仍面临诸多关键技术瓶颈。特别是在圆鳍鱼仔鱼培育阶段，如何通过适宜的开口饵料策略确保其正常发育和骨骼健康，成为实现圆鳍鱼可持续生产的关键科学问题。在自然界中，圆鳍鱼仔鱼和幼鱼主要摄食附着在海藻上的底栖生物和浮游生物，随着生长逐渐选择较大的猎物。鱼类仔鱼在孵化后经历重大的发育和结构变化，开口期的饲料质量对其后续发育至关重要。

早期营养在塑造发育轨迹（包括骨骼形成）中起着关键作用，这可能通过营养编程机制实现。对哺乳动物的研究表明，早期生命中营养状况不佳与后期多种健康和发育问题的易感性密切相关。同样，在鱼类中，关键营养素的早期剥夺也会产生持久影响。早期营养通过改变代谢和/或表观遗传变化产生的高影响，可能是在生物体表现出高度可塑性的关键窗口期介导的。

本研究团队在《Aquaculture International》上发表的最新研究中，深入探讨了不同活饵料生物和配合饲料对圆鳍鱼仔鱼发育的影响，特别是关注了饲料对骨骼畸形及相关基因表达的影响。为了系统阐明这一问题，研究人员设计了精细的实验方案。

在技术方法层面，本研究采用了多组学整合分析策略。将圆鳍鱼仔鱼随机分为五组，分别投喂不同开口饵料（丰年虫、桡足类、蔓足类、混合饵料及配合饲料）至21日龄后，统一转食配合饲料至35日龄。通过阿尔新红染色评估骨骼骨化程度和畸形率，并利用RNA-seq技术进行全转录组分析。采用glmmSeqR包拟合负二项混合效应模型进行差异表达分析，通过主成分分析（PCA）和层次聚类揭示不同饮食组间的转录组差异，使用EnrichR进行通路富集分析。

转录组谱的聚类与分化分析

层次聚类分析显示，基因表达谱的分组与饮食处理和发育阶段密切相关。在9日龄时，大多数样本无论饲料类型如何都聚集在一起，但干饲料喂养的仔鱼形成了一个独立的分支。到15日龄，丰年虫喂养的仔鱼形成了一个独特且分离良好的聚类，并在整个喂养试验期间保持独特。相反，摄食桡足类、蔓足类和混合饲料的仔鱼在15日龄后聚集在一起，反映了饲料对基因表达的影响。这些聚类模式表明，早期饲料暴露会产生长期分子特征，即使在所有组都转换为统一饲料后，这种差异仍然持续存在。

主成分分析（PCA）显示，前两个主成分解释了样本间58%的变异。丰年虫喂养仔鱼的基因表达模式与其他样本明显分离，特别是在15和21日龄时。非丰年虫喂养的仔鱼表现出较高的载脂蛋白基因表达，而丰年虫喂养的仔鱼则表现出较高的骨骼肌和氧运输相关基因表达，表明其营养状况更佳。

差异表达分析揭示营养失衡

差异表达分析表明，畸形发生率最高的仔鱼组（桡足类和配合饲料组）中，与甘油三酯代谢和生物合成、胆固醇分解代谢、运输和流出以及脂肪酸β-氧化相关的基因显著上调。同时，视黄醇代谢过程、胡萝卜素和萜烯代谢相关通路也显著富集。

骨化率低于60%的仔鱼组显示，与脂质代谢和转运相关的基因显著上调，包括清道夫受体（SCARB1、CD36）、调节脂质代谢的转录因子（CEBPA）、脂蛋白相关基因（APOA1、APOC2、APOB100、DAB2）和自噬的正向调节（PLEKHFL）。同时，骨生成相关基因（BGLAPL）和视黄醇代谢基因（RBPS、DHRS7CA）表达下调。

饲料对骨生成和调控通路的影响

成骨生成相关基因的表达分析显示，丰年虫喂养的仔鱼在骨生成关键基因（ALPL、BGLAP、SPARC）上表达较高，特别是在实验前期（9-21日龄）。相反，胶原蛋白X型和I型基因在丰年虫组仔鱼引入干饲料后（28-33日龄）显著下降，而在桡足类和配合饲料组仔鱼中显著上调。

脂质清道夫基因（SCARB1、CD36、DAB2）、应激反应基因（SOCS3A、CISH、TSC22D3）和氧化应激反应基因（OPLAH、GSTT2、PRDX6）在畸形发生率高、骨化率低的仔鱼组（主要是桡足类和配合饲料组）中表达上调。这些基因的上调从第一个采样点（9日龄）开始，并持续整个活饵投喂期至21日龄。

研究结论表明，早期投喂富含脂质的丰年虫有助于圆鳍鱼仔鱼的最佳骨骼发育，而桡足类和配合饲料则导致骨骼畸形率高、骨化率低。转录组分析揭示，这种发育差异与脂质代谢重编程、氧化应激反应激活以及成骨生成通路抑制密切相关。脂质匮乏条件下，仔鱼通过上调脂质清道夫受体和脂肪酸氧化基因来应对营养压力，但这可能导致氧化脂质（如氧化低密度脂蛋白）积累，进而通过诱导氧化应激和炎症信号抑制成骨细胞分化。

本研究的重要意义在于首次从分子水平揭示了早期营养对圆鳍鱼骨骼发育的编程效应，为水产养殖中清洁鱼类的精准营养策略提供了理论依据。研究发现早期饲料暴露会产生持久的转录组印记，即使后期改为统一饲料，早期营养的影响仍然持续。这提示在圆鳍鱼养殖中，开口期使用适宜脂质水平的饵料对确保骨骼正常发育至关重要。研究结果对提高圆鳍鱼养殖成活率、减少骨骼畸形具有重要实践价值，也为理解早期营养编程在鱼类发育中的作用机制提供了新视角。