大型海藻通过肠道希瓦氏菌增强草鱼氨基酸代谢的机制研究

《Advanced Biotechnology》：Dietary macroalgae enhances amino acid metabolism via intestinal Shewanella in grass carp (Ctenopharyngodon idella)

本研究针对大型海藻调控水生动物代谢的机制尚不明确的问题，通过多组学联合分析，揭示了膳食添加三种大型海藻（Sargassum hemiphyllum、Asparagopsis taxiformis、Gracilaria lemaneiformis）可通过富集肠道希瓦氏菌（Shewanella），显著增强草鱼（Ctenopharyngodon idella）的氨基酸代谢通路，促进生长性能与抗氧化能力。该研究为海藻在水产养殖中的精准应用提供了理论依据。

　　

海藻喂养如何让草鱼更健壮？肠道菌群或是关键钥匙

在水产养殖业追求可持续发展的今天，如何通过生态友好型饲料提升鱼类健康与产量成为研究热点。大型海藻因其富含多糖与生物活性物质，被视为潜力巨大的功能性饲料添加剂。然而，海藻究竟如何通过调控肠道微生物影响宿主的代谢网络，尤其是水生动物的氨基酸利用效率，始终是未解之谜。

发表于《Advanced Biotechnology》的一项最新研究，通过整合16S rRNA测序、宏基因组学和代谢组学技术，深入探讨了三种大型海藻（Sargassum hemiphyllum、Asparagopsis taxiformis和Gracilaria lemaneiformis）对草鱼生长、免疫及肠道菌群的调控机制。研究发现，添加5%Sargassum hemiphyllum（S组）的饲料效果最为显著，不仅能提高草鱼体重、肝体指数（HSI）和内脏指数（VSI），还显著增强了肝脏超氧化物歧化酶（SOD）活性。

技术方法概览

研究以初始体重91.50±0.66 g的草鱼为对象，随机分为四组（对照组、S组、A组、G组），进行52天饲养实验。通过16S rRNA测序分析肠道菌群结构，宏基因组测序（Illumina Novaseq6000平台）解析功能基因与宏基因组组装基因组（MAG），非靶向代谢组学（UHPLC-Q Exactive HF-X系统）检测粪便代谢物，并结合生理生化指标（如SOD、溶菌酶LZM）评估宿主响应。

研究结果

1. 海藻膳食提升草鱼生长与抗氧化能力

S组草鱼在体重、HSI和VSI上均显著高于对照组，且肝脏SOD活性显著增强，表明Sargassum hemiphyllum在促进生长和抗氧化方面具有综合优势。

2. 海藻重塑肠道菌群结构，富集关键菌属Shewanella

宏基因组分析显示，海藻添加显著提高了变形菌门（Pseudomonadota）相对丰度，其中S组希瓦氏菌（Shewanella）富集最为明显。随机森林模型进一步确认Shewanella是区分海藻组与对照组的关键菌属。

3. 宏基因组揭示Shewanella的氨基酸代谢潜能

从粪便样本中重构的150个高质量MAGs中，Shewanella MAG C3_bin52携带丰富的氨基酸合成与代谢相关基因（如ilvE、trpA/B），其KEGG注释显示10.29%的基因关联氨基酸代谢通路。

4. 代谢组学证实氨基酸代谢通路激活

S组粪便中L-缬氨酸、L-苏氨酸等必需氨基酸及其衍生物（如5-羟基色氨酸）显著上调，KEGG富集分析显示“蛋白质消化吸收”“氨基酸生物合成”等通路被激活。

5. 菌群-代谢物互作网络揭示Shewanella的核心作用

Spearman相关性分析与偏最小二乘路径模型（PLS-PM）表明，Shewanella丰度与氨基酸代谢水平正相关（路径系数=0.655），并通过代谢物介导间接促进草鱼生长。

结论与展望

本研究首次系统阐释了“海藻-微生物-代谢物”轴在草鱼中的调控机制：大型海藻通过富集肠道Shewanella，激活其氨基酸合成潜能，进而提升宿主氨基酸代谢效率与生长性能。该成果不仅为海藻在水产饲料中的精准应用提供了理论支撑，也揭示了Shewanella作为“代谢引擎”在鱼类营养调控中的关键作用。未来研究可进一步解析不同海藻多糖结构与菌群互作的分子机制，推动水产养殖的绿色升级。