肠道菌群-转录组联合分析揭示投喂策略调控鮸鱼生长相关的肠道适应性机制

《Advanced Biotechnology》：Integrated transcriptomic and microbiota analyses reveal growth-related intestinal responses to feeding strategies in Nibea coibor

本研究针对水产养殖中投喂策略影响鱼类肠道稳态的机制不明问题，通过多组学整合分析，系统解析了四种投喂策略（持续禁食、间歇禁食、白天投喂、夜间投喂）对鮸鱼肠道形态、转录组及菌群的多维调控网络。研究发现间歇禁食通过维持菌群多样性和关键代谢基因（如pfkfb4、pla2g12b）表达，促进肠道绒毛高度和杯状细胞密度，而持续禁食引发菌群失调（弧菌、放线菌等富集）和代谢抑制，导致肠道萎缩。该研究为优化海洋鱼类投喂策略提供了菌群-宿主互作的理论依据。

　　

在水产养殖领域，投喂策略不仅直接影响鱼类的生长效率，更是调节其代谢稳态和健康状态的关键环节。然而，不同的投喂方式如何通过分子和微生物层面影响鱼类肠道健康，其深层机制仍不明确。作为一种具有重要经济价值的海洋鱼类，鮸鱼（Nibea coibor）的养殖效益与其肠道功能密切相关，但此前研究多集中于饲料配方优化，对投喂策略的系统性影响缺乏关注。

为揭示这一科学问题，Qu等研究人员在《Advanced Biotechnology》上发表了题为“Integrated transcriptomic and microbiota analyses reveal growth-related intestinal responses to feeding strategies in Nibea coibor”的研究论文。该研究通过整合转录组学、16S rRNA测序和肠道形态学分析，系统比较了白天投喂（DF）、间歇禁食（IF，即禁食2天/投喂1天）、持续禁食（CF）及夜间投喂（NF）四种策略对鮸鱼肠道的影响，旨在阐明投喂策略通过菌群-宿主互作调控肠道适应的分子机制。

研究主要采用了以下关键技术方法：首先，通过组织切片和图像分析量化肠道形态指标（绒毛高度VH、肌肉层厚度MT、杯状细胞密度GC）；其次，利用16S rRNA测序解析肠道菌群组成及多样性，并结合线性判别分析（LEfSe）识别差异菌群；第三，通过转录组测序（RNA-seq）筛选差异表达基因（DEGs），并进行KEGG通路富集分析；最后，通过偏最小二乘路径模型（PLS-PM）整合菌群、基因表达、肠道表型及血清生化指标（如血糖GLU、皮质醇COR、乳酸LAC和增重率WGR），构建多因素调控网络。实验样本来源于广东省湛江市东海岛的人工养殖鮸鱼幼鱼，每组设3个重复，最终选取代表性个体进行多组学分析。

3.1 不同投喂策略下肠道形态变化

组织学分析显示，持续禁食（CF）导致绒毛高度（VH）显著降低和杯状细胞（GC）丢失，而间歇禁食（IF）组则表现出最高的VH和GC密度（p<0.05）。夜间投喂（NF）与白天投喂（DF）的肠道形态无显著差异，表明短期昼夜投喂改变对结构影响有限。

3.2 投喂策略诱导的菌群组成改变

PLS-DA分析表明四种投喂策略显著分离菌群结构。CF组菌群多样性降低，且潜在致病菌（如弧菌Vibrio、放线菌Actinomyces和发光杆菌Photobacterium）富集；IF组则显著提升菌群α多样性，并富集有益菌（如Alphaproteobacteria和Parabacteroides）。COG功能预测显示，投喂策略主要影响核糖体生物合成、碳水化合物代谢和能量转化通路。

3.3 禁食抑制脂肪酸代谢相关通路

转录组分析发现CF组与其它组显著分离，KEGG富集通路显示CF下调脂代谢基因（如pfkfb4、pla2g12b），同时激活免疫调节通路（如细胞凋亡和FoxO信号）。IF组基因表达谱与DF/NF组接近，表明其代谢稳态更稳定。

3.4 关键基因、菌群与肠道表型的关联

相关性网络揭示VH与rptor、pfkfb4正相关，与胶原基因col1a负相关；GC密度与致病菌（如Vibrio和Akkermansia）负相关。CF组基因与菌群表达趋势与其他组相反，突显其代谢-免疫失衡。

3.6 qRT-PCR验证差异表达基因

10个关键基因（如col1a、pfkfb4）的qRT-PCR结果与转录组数据一致，CF组代谢基因（pfkfb4、pla2g12b）表达最低，而免疫基因（pecam1）上调，证实禁食引发代谢抑制与屏障功能紊乱。

3.7 PLS-PM揭示菌群-基因-表级联调控网络

PLS-PM模型（GoF=0.6356）表明菌群通过负向调控基因表达（路径系数=-0.685），进而影响肠道表型（路径系数=0.725），最终决定增重率（WGR）。肠道形态是连接基因表达与生长性能的核心枢纽。

结论与意义

本研究通过多组学整合分析，明确了间歇禁食（IF）可通过维持菌群多样性和代谢基因表达，促进鮸鱼肠道结构完整性和适应性，而持续禁食（CF）则导致菌群失调、代谢抑制及肠道萎缩。PLS-PM模型首次揭示了“菌群-基因-肠道形态”级联调控生长性能的路径，为水产养殖中投喂策略的优化提供了理论依据。该研究不仅深化了对鱼类肠道可塑性机制的理解，也为通过菌群干预提升养殖效益提供了新思路。