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中华鳖（Pelodiscus sinensis）生长缓慢，其生长受多种因素影响，肠道微生物群对其生长的分子调控机制不明。研究人员通过对 2、5、8 月龄中华鳖进行多组学分析，发现关键代谢通路，为优化养殖提供依据。
在水产养殖的广阔领域中，中华鳖（
Pelodiscus sinensis）可是一位 “经济明星”，因其丰富的营养价值和独特的口感，备受市场青睐。然而，它的生长速度却如同 “慢性子”，通常需要 2 - 3 年才能达到上市规格。这可急坏了养殖户们，也让科研人员们眉头紧皱。毕竟，在竞争激烈的水产市场中，漫长的生长周期意味着更高的成本和更低的利润。更重要的是，尽管知道中华鳖的生长受到遗传、环境、营养和肠道微生物群等多种因素的影响，但肠道微生物群究竟如何在分子层面调控其生长，仍是一个未解之谜。为了破解这个难题，来自长江水产研究所的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在了《Aquaculture Reports》上。
研究人员为了深入探究中华鳖生长的奥秘，采用了多种关键技术方法。他们收集了不同生长阶段（2 个月、5 个月和 8 个月）中华鳖的肠道组织、肠道内容物和水样，利用 16S rRNA 测序分析肠道微生物群落，非靶向 LC - MS/MS 代谢组学平台检测肠道代谢物，转录组测序分析基因表达情况，还运用多种统计分析方法挖掘数据背后的秘密。
不同生长阶段中华鳖的表型分析
研究人员将孵化后的中华鳖放在温室中饲养，定期测量它们的体重、背甲长度和宽度等生长特征。结果发现，中华鳖的体重在 5 - 8 个月期间显著增加，背甲长度和宽度则在 2 - 5 个月增长明显。这初步展示了中华鳖在不同生长阶段的生长趋势。
中华鳖肠道微生物群落的组成和生态功能分析
通过 16S rRNA 测序分析不同月龄中华鳖的肠道微生物组，研究人员发现随着生长阶段的推进，肠道微生物的多样性和组成发生了显著变化。比如，Chao1 和 Observed species 指数在 8 个月龄组（CH8）相比 2 个月龄组（CH2）和 5 个月龄组（CH5）有所增加，表明物种数量增多；而 Shannon 和 Simpson 指数在 CH5 组最低，显示该组与其他两组肠道菌群的多样性和丰度差异明显。在门水平上，Firmicutes 的相对丰度随年龄下降，Proteobacteria和Fusobacteriota则增加。不同组间优势菌群也有所不同，CH2 组中 Firmicutes 的一些类群更丰富，CH5 组中Bacteroidota相关类群突出，CH8 组中Enterobacteriaceae等相对丰度较高。而且，随着年龄增长，微生物群落的生态功能逐渐多样化，从基本的食物消化和营养吸收，到参与免疫调节、维生素合成，再到代谢调节和环境适应。此外，研究还发现脂肪酸和脂质生物合成途径在代谢变化中差异显著，其相关代谢途径数量占比从 CH2 的 14% 上升到 CH8 的 74% 。
肠道生态信息对中华鳖生长的影响
利用非靶向 LC - MS/MS 代谢组学平台分析肠道代谢物，结果显示三组样本的肠道代谢物存在明显差异。PCA 和 OPLS - DA 分析表明样本间分离明显，OPLS - DA 模型预测能力强。一些代谢物如 Cortisone、Galactosylsphingosine 等在脂质和碳水化合物代谢途径中显著富集且表达上调，而 Jasmonic acid 等则下调。通过筛选出的 6 种靶向代谢物发现，不同生长阶段有不同高表达的代谢物。Venn 分析还发现 24 种 DEMs 在三组中均差异表达，且与脂肪酸合成相关，KEGG 富集分析表明 DEMs 主要集中在类固醇生物合成和类固醇激素生物合成途径。
中华鳖不同生长时期肠道组织的转录组分析
对不同组中华鳖肠道组织进行 mRNA 转录组测序，结果显示测序数据质量高。与 CH2 组相比，CH5 组和 CH8 组分别有 5266 个和 3136 个差异表达基因（DEGs） 。PCA 分析表明样本聚类良好，且不同时期转录组样本相关性较高。一些与生长发育相关的基因如GAS3、CSF2RA等持续上调，而与个体发育逐渐完善相关的基因如ENTPD3、DYNC1I1等则下调。KEGG 分析发现不同组间 DEGs 富集在不同代谢和信号通路，如甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢，精氨酸生物合成等，且精氨酸生物合成在多个比较组中均有富集，暗示其重要作用。通过 WGCNA 分析发现灰色模块与中华鳖生长指数正相关，包含 437 个基因，基因间存在复杂相互作用。
肠道菌群、代谢物和 DEGs 之间的相关性分析
通过 Spearman 相关性分析生成聚类热图，研究发现上调和下调的代谢物与不同的肠道菌群存在显著相关性。比如，上调代谢物与Proteobacteria和Patescibacteria呈正相关，下调代谢物与Chloroflexota、Dormibacterota等呈正相关。通过九象限图和相关网络分析还发现不同比较组中特定代谢物与 DEGs 存在显著关联，表明这些 DEGs 可能对关键代谢物代谢有调控作用。此外，还构建了差异表达基因与前 10 种肠道菌群的网络相互作用图，展示了它们之间的复杂关系。
中华鳖不同时期的相互作用网络
综合代谢谱和相关基因，研究发现关键代谢物和基因与尿素循环和脂肪酸合成的生物过程相关。例如，编码谷氨酰胺合成酶（GLNA）的基因在 CH8 组表达最高，CH2 组最低；尿素循环中相关物质和基因表达也随生长阶段变化。在脂肪酸合成方面，胆固醇、皮质酮等代谢物以及HSL、ACLY和FAS等基因持续上调，促进了甘油三酯（TG）合成和脂肪酸合成。随着中华鳖的生长，肠道菌群复杂性增加，但优势细菌属数量减少，代谢谱和通路功能差异最终影响了个体的脂肪酸合成和尿素循环过程，进而影响生长。
在讨论部分，研究人员指出中华鳖生长缓慢，肠道微生物群对其生长有重要影响。不同生长阶段肠道微生物群落的变化，如Firmicutes向Fusobacteriota的转变，与其他物种类似，且微生物群落的成熟有助于营养吸收和健康发育。脂肪酸和脂质生物合成途径的变化对中华鳖生长意义重大，影响其市场价值。代谢物如 Cortisone 和 Prostaglandin C1 对中华鳖的生长和健康有不同作用，为饲料开发提供了新方向。转录组分析发现不同生长阶段 DEGs 富集在不同通路，精氨酸生物合成通路的重要性凸显，适当添加精氨酸可能促进中华鳖生长，但需注意其添加量和与赖氨酸的拮抗关系。在个体生长到 8 个月时，DHEA 发挥重要作用，此时应调整饲料组成以避免影响生长。
综上所述，这项研究通过多组学分析，全面揭示了中华鳖不同生长阶段的变化规律。从肠道微生物群落的动态变化，到代谢物和基因表达的差异，再到关键代谢通路的作用，都为中华鳖的健康养殖提供了重要理论依据。它就像一把钥匙，为养殖户们打开了优化养殖条件、提高养殖效率的大门，有望推动中华鳖水产养殖业的蓬勃发展。
