尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）肠道微生物组的宏基因组分析：来自养殖群体和湖泊群体的研究见解

《Egyptian Journal of Aquatic Research》：Metagenomic analysis of gut microbiome in Nile tilapia, Oreochromis niloticus: Insights from cultured and lake populations

本研究利用16S rRNA测序技术，比较了马来西亚自然湖泊与养殖池塘尼罗tilapia的肠道微生物群，发现自然环境的微生物多样性显著更高，优势菌群存在差异，可能与饮食和环境有关。

　　本研究聚焦于尼罗罗非鱼（*Oreochromis niloticus*）在不同环境下的肠道微生物群落差异。通过对马来西亚两个典型环境——养殖池和自然湖泊中的尼罗罗非鱼进行高通量测序分析，研究人员揭示了环境对鱼类肠道微生物多样性和组成的重要影响。这项研究不仅为理解尼罗罗非鱼在本地养殖条件下的微生物特征提供了重要数据，也为优化饲料配方和养殖管理策略提供了科学依据。

### 研究背景与意义

随着全球对海鲜需求的不断增长，野生鱼类资源正面临巨大压力，同时也对生态环境造成影响。为缓解这一问题，水产养殖逐渐成为一种可持续的解决方案。根据联合国粮食及农业组织（FAO）的数据，2018年水产养殖占全球鱼类总产量的46%，并贡献了52%的人类食用鱼类产量。预计到2030年，这一比例将进一步上升至约59%。这一趋势表明，水产养殖在全球范围内扮演着越来越重要的角色，特别是在热带和亚热带地区，尼罗罗非鱼因其快速生长特性、较强的环境适应能力以及简单的饮食需求，成为水产养殖中的重要物种之一。

在马来西亚，尼罗罗非鱼自1979年引入以来，已被广泛用于水产养殖，以提高本地鱼类养殖的效率和产量。然而，与野生鱼类相比，养殖鱼类的肠道微生物群落往往受到环境条件、饲料成分和养殖方式的显著影响。例如，养殖鱼类通常依赖于人工配制的饲料，这种单一的饮食结构可能限制了微生物群落的多样性。而野生鱼类则通过摄取多种自然食物来源，如藻类、浮游动物和有机碎屑，形成了更加丰富的微生物组成。这些微生物不仅影响鱼类的消化和营养吸收，还对免疫系统发育和疾病抵抗力具有重要作用。

因此，研究不同环境对尼罗罗非鱼肠道微生物群落的影响，有助于揭示其健康状况和养殖效率的潜在驱动因素。通过对养殖池和自然湖泊中的微生物群落进行比较，研究人员能够更深入地理解环境变化如何塑造鱼类的肠道生态系统，并为制定更有效的养殖管理措施提供科学支持。

### 研究方法

本研究采用16S rRNA高通量测序技术（Next-Generation Sequencing, NGS）对尼罗罗非鱼的肠道微生物进行分析。研究人员从马来西亚两个不同的环境中采集了八条尼罗罗非鱼样本：一个位于马六甲州的半集约化养殖池，另一个是吉打大学（UniSZA）校园内的自然湖泊。养殖池的水来源于附近的河流，并辅以当地供水系统，而自然湖泊则提供了更为复杂的生态环境。

在样本处理过程中，研究人员首先对鱼体进行剖解，收集其肠道内容物，并使用99%乙醇进行保存。随后，通过DNA提取和16S rRNA基因扩增，获取微生物的基因信息。为了提高测序数据的准确性，研究人员采用了DADA2算法进行序列去噪，并结合QIIME2平台进行后续分析。此外，还使用Cutadapt和Fastp对原始数据进行质量过滤和合并，确保最终的测序数据具有足够的代表性。

在数据分析方面，研究人员利用MicrobiomeAnalyst平台对α多样性、β多样性和核心微生物组成进行了评估。α多样性指数（如Observed、Chao1、Shannon等）用于衡量微生物的丰富度和均匀度，而β多样性分析则通过主坐标分析（PCoA）和分析组相似性（ANOSIM）方法，揭示不同环境之间微生物群落的差异。此外，研究人员还通过线性判别效应大小（LEfSe）方法，识别出在两种环境之间显著差异的微生物类群。

### 研究结果

通过分析不同环境下的微生物组成，研究人员发现自然湖泊中的尼罗罗非鱼具有更高的微生物多样性。这主要归因于其更加丰富的自然饮食结构，包括藻类、浮游动物和有机碎屑等，这些食物来源为肠道微生物提供了多样化的营养和代谢底物。相比之下，养殖池中的鱼类主要依赖人工饲料，其成分较为单一，可能导致肠道微生物的多样性降低。

在主要的细菌门类中，自然湖泊样本以*Fusobacteriota*（占41.4%）为主导，而养殖池样本则以*Firmicutes*（占71.1%）为主。这一差异反映了两种环境对微生物群落的塑造作用。*Fusobacteriota*通常与蛋白质代谢和抗炎作用相关，能够将蛋白质和氨基酸转化为丁酸，从而调节鱼类的免疫反应和肠道健康。而*Firmicutes*则以碳水化合物分解为主，有助于鱼类从高碳水饲料中高效获取能量。

此外，研究人员还发现，自然湖泊样本中*Cyanobacteria*的丰度显著高于养殖池样本。这可能与湖泊环境中充足的阳光和丰富的藻类资源有关，而养殖池由于使用遮盖网等设施，光照条件较差，不利于藻类的生长。*Cyanobacteria*不仅能够固定大气中的氮元素，为鱼类提供额外的营养来源，还能够产生具有解毒功能的活性化合物，有助于中和肠道中的有害物质。

在更低的分类水平上，自然湖泊样本中富集了*Cetobacterium*、*Clostridium*和*Peptostreptococcaceae*家族的ASVs（扩增子序列变异体），而养殖池样本则以*Peptostreptococcaceae*为主导。这些微生物在不同环境中的分布差异，进一步说明了环境因素对肠道微生物群落的深刻影响。

### 讨论与分析

本研究的发现与先前关于鱼类肠道微生物的研究结果相一致，同时也揭示了一些新的特征。例如，*Firmicutes*和*Fusobacteriota*在两种环境中均被检测到，表明它们可能是尼罗罗非鱼肠道微生物的核心组成部分。然而，*Planctomycetota*仅在养殖池样本中出现，而*Actinobacteriota*则未在自然湖泊样本中检测到，这可能与两种环境中的微生物来源和生态条件有关。

*Firmicutes*的高丰度在养殖池样本中尤为显著，这可能与其对碳水化合物的高效分解能力有关。在人工饲料中，碳水化合物通常作为主要能量来源，而*Firmicutes*能够通过发酵作用将这些物质转化为短链脂肪酸（SCFAs），从而促进肠道健康和营养吸收。相比之下，自然湖泊中的鱼类由于摄取更多蛋白质和氨基酸，其肠道微生物群落更倾向于富集*Fusobacteriota*，这些细菌能够将蛋白质转化为丁酸，具有调节免疫系统和抗炎作用。

此外，研究人员还发现，自然湖泊样本中富集了与核苷酸代谢、辅因子和维生素代谢相关的功能途径。这些代谢过程在鱼类的生长和健康中起着关键作用，例如维生素B6的合成和利用。而养殖池样本则富集了与糖原代谢和糖代谢相关的功能途径，这可能与人工饲料中碳水化合物的高比例有关。

### 研究意义与展望

本研究的结果表明，环境因素对尼罗罗非鱼肠道微生物群落的组成和多样性具有显著影响。自然湖泊环境中的微生物多样性更高，这可能与其丰富的食物来源和复杂的生态系统有关。相比之下，养殖池环境中的微生物群落较为单一，这可能影响鱼类的健康和生长性能。

然而，尽管两种环境下的微生物组成存在差异，某些核心门类如*Firmicutes*和*Fusobacteriota*在两种样本中均有出现，说明这些微生物可能是尼罗罗非鱼肠道微生物的共性组成部分。这种共性可能与鱼类的生理需求和代谢能力有关，也可能反映了微生物群落的保守性。

未来的研究可以进一步扩大样本数量，涵盖更多不同的环境和地理位置，以更全面地理解微生物群落的动态变化。此外，研究还可以结合宏基因组测序技术，深入探讨不同微生物类群的功能特性及其对鱼类健康和养殖效率的具体影响。这些研究将有助于开发更有效的微生物调控策略，提高水产养殖的可持续性和经济效益。

### 结论

综上所述，本研究通过高通量测序技术揭示了尼罗罗非鱼在自然湖泊和养殖池环境下的肠道微生物群落差异。自然湖泊中的鱼类具有更高的微生物多样性，主要由*Fusobacteriota*主导，而养殖池中的鱼类则以*Firmicutes*为主。这些发现不仅为理解鱼类肠道微生物的生态功能提供了新的视角，也为优化水产养殖实践提供了科学依据。通过进一步研究微生物群落的功能特性，可以为提高鱼类健康、饲料利用效率和疾病防控能力提供有力支持，从而推动水产养殖的可持续发展。