在缺氧和细菌感染条件下，对钝吻鲈（Megalobrama amblycephala）鳃组织的转录组分析

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Transcriptomic analysis of gill tissues in blunt snout bream ( Megalobrama amblycephala) under hypoxia and bacterial infection

钝头鳙鱼在缺氧和 Aeromonas hydrophila 感染下的基因表达与生理响应研究，通过比较耐性（H-RMA）和敏感性（H-SMA）组，发现36,774个表达基因，涉及DNA复制、氧化磷酸化等通路，抗氧化酶（SOD、CAT）活性及细胞衰老相关基因（CXCL8、MAPK13）差异显著，揭示细胞衰老途径协调免疫应答是鱼类抗逆的关键。

　　

阿尼塞特·菲利普·马内·萨尼（Anicet Philippe Mane Sany）| 陈松林（Songlin Chen）| 秦倩倩（Qianqian Qin）| 罗金金（Jinjin Luo）| 王涵（Han Wang）| 洛伊克·凯马宗·福宁（Loic Kemmadzong Foning）| 阿迪塞·克雷比赫（Addise Kerebih）| 郑国东（Guodong Zheng）| 邹树明（Shuming Zou）

中国上海海洋大学农业部与农村事务部钝吻鰕虎鱼遗传与育种中心，邮编201306

摘要

钝吻鰕虎鱼（Megalobrama amblycephala）是中国水产养殖系统中的重要商业淡水鱼类。目前尚不清楚细菌感染与溶解氧浓度之间的相互作用如何影响该鱼类的鳃组织基因表达和生理功能。因此，实验中将鱼类置于缺氧环境中，并用Aeromonas hydrophila进行感染。根据存活情况，将鱼类分为抗性组（H-RMA）和敏感性组（H-SMA）。随后采集鳃组织进行RNA-Seq和功能分析，共鉴定出36,774个表达基因，包括33,852个已知基因和2,922个新基因，其中约93%的基因被正确映射到参考基因组上。抗性组与敏感性组之间的比较表达分析显示有5,482个差异表达基因（DEGs），其中2,557个基因上调，2,925个基因下调。KEGG通路分析发现DNA复制、蛋白酶体、细胞周期、错配修复、氧化磷酸化和细胞衰老通路相关基因显著富集。由于缺氧应激和细菌感染的共同作用，鳃组织出现了明显结构变化。此外，抗氧化酶（SOD、CAT）和免疫酶活性（ACP、AKP）在抗性组和敏感性组之间存在显著差异（p < 0.05）。研究结果表明，细胞周期停滞与细胞衰老之间存在密切联系，这表明对这些环境压力的抵抗力可能依赖于鳃部局部免疫反应的协调能力。

引言

病原体与环境因素之间的复杂相互作用会导致水产养殖动物疾病的发展和进展（Ben Hamed等，2018）。在不良环境因素中，缺氧是最令人担忧的问题之一。缺氧表现为溶解氧浓度过低，受物理、化学和生物因素的影响（Rollinson和Rowe，2018；Murphy等，2023；Elbassiouny等，2024）。溶解氧不足通常会导致生长缓慢、免疫抵抗力下降，从而增加许多养殖物种的死亡率（Cheng等，2002；Chen和Gaber，2021；Li等，2024）。

除了生理影响外，缺氧还会通过改变参与先天性和适应性免疫的基因表达来深刻影响鱼类的免疫系统（Zhang等，2022；Ma等，2023）。这种紊乱增加了鱼类对细菌感染的脆弱性，尤其是由A. hydrophila引起的感染，这种病原体会导致出血性败血症并造成严重的水产养殖损失（Wang等，2022；Chen等，2025a）。在A. hydrophila感染期间，观察到抗氧化防御系统的改变以及自由基和活性氧（ROS）的过度产生，从而导致氧化应激（Geng等，2019；Chen等，2020）。先前的研究强调了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶在抵抗缺氧和细菌感染相关氧化应激中的核心作用（Chen等，2020；Zhang等，2024）。在缺氧条件下，线粒体电子传递功能障碍会导致ROS积累，而病原体激活的白细胞在炎症反应过程中会进一步释放ROS。

钝吻鰕虎鱼（Megalobrama amblycephala）因其在水产养殖系统中的经济价值而在中国具有重要意义（Chen等，2014；Li等，2015；Chen等，2022）。通常，影响鱼类的疾病可占总生产损失的30%（Mohd-Aris等，2019；Amillano-Cisneros等，2025）。最近的研究表明，缺氧会增加钝吻鰕虎鱼体内的细菌负荷，揭示了这两种压力因素的协同作用（Chen等，2025b），而其他研究（Yang等，2016；Chen等，2017）指出，Takifugu obscurus同时遭受缺氧和细菌感染时，死亡率会加快，组织病理损伤也更严重。然而，大多数现有研究仅关注缺氧的单一效应，特别是其生理和代谢后果，而同时研究A. hydrophila和缺氧相互作用的研究较少（Jiang等，2018；Suo等，2022；Xing等，2025）。

与以往仅分别研究缺氧和细菌感染影响的研究不同（Xu等，2022；Song等，2025），本研究探讨了这两种因素在钝吻鰕虎鱼中同时存在时的综合影响。据我们所知，目前尚无研究探索这两种压力因素在该物种中的协同作用。通过跨转录、生化、生理和组织学层面的综合研究，本研究为更准确地反映集约化水产养殖条件做出了独特贡献。这种综合方法不仅增强了我们对相关分子和免疫机制的理解，还为改善养殖健康管理及筛选更具抗性的品种提供了坚实的科学基础。

鱼类采集与适应

钝吻鰕虎鱼在上海海洋大学所属的鰕虎鱼遗传与育种中心（BGBC）进行养殖。实验中随机选择了没有疾病迹象、平均体重为50克的鱼类。这些鱼在适应期内每天两次（08:00和17:00）喂食商业颗粒饲料，并保持在28±0.2°C的平均温度下（该温度处于理想范围内）。

酶活性

图1显示了不同鱼类组在细菌和缺氧应激处理后的酶活性浓度（单位：每毫克蛋白质的酶活性单位，U/mg prot）。抗性组（H-RMA）、敏感性组（H-SMA）和对照组（N-CMA）中的抗氧化酶CAT和SOD浓度均高于对照组（图1A–B）。然而，H-CMA组的CAT浓度低于H-SMA和H-RMA组，而H-SMA组的SOD浓度高于H-CMA和H-RMA组。

讨论

水生生物抵御各种环境压力的能力取决于其生理功能和分子调控之间的复杂协调。本研究旨在更好地理解钝吻鰕虎鱼在低氧条件下面对A. hydrophila感染时的这些机制。抗性表型（H-RMA）与敏感性表型（H-SMA）之间的比较突显了它们适应机制的显著差异。

结论

我们的研究发现，缺氧与感染的联合胁迫产生的生理和遗传效应比单独作用更为严重。基于综合分析，钝吻鰕虎鱼的抗性依赖于一种特殊的基因重编程机制，这种机制结合了能量效率相关基因（ATP合成酶基因）和靶向免疫反应，可能通过细胞衰老途径（CXCL8b.3、CXCL8a和MAPK13）进行调节。

CRediT作者贡献声明

阿尼塞特·菲利普·马内·萨尼（Anicet Philippe Mane Sany）：撰写初稿、软件使用、方法设计、实验实施、数据分析、数据整理。 陈松林（Songlin Chen）：实验实施、数据分析、数据整理。 王涵（Han Wang）：实验实施、数据分析、数据整理。 洛伊克·凯马宗·福宁（Loic Kemmadzong Foning）：实验实施、数据分析、数据整理。 阿迪塞·克雷比赫（Addise Kerebih）：数据分析、数据整理。 郑国东（Guodong Zheng）：撰写、审稿与编辑、项目监督、资金申请、概念构思。 邹树明（Shuming Zou）：撰写、审稿与编辑。

资金支持

本研究得到了国家重点研发计划（项目编号：2022YFD24006002）的财政支持，同时得到了国家自然科学基金（项目编号：32273100）的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。