基于高通量测序与非靶向代谢组学的冷藏大菱鲆腐败机制解析及关键生物标志物鉴定

本研究针对冷藏大菱鲆（Scophthalmus maximus）腐败机制不清的问题，通过16S rRNA高通量测序与非靶向代谢组学技术，系统分析了冷藏过程中微生物群落动态变化与代谢通路关联。研究发现，希瓦氏菌（Shewanella）、不动杆菌（Acinetobacter）和热杀索丝菌（Brochothrix）为优势腐败菌，其通过嘌呤代谢、氨基酸代谢及磷酸戊糖途径驱动腐败进程，鉴定出次黄嘌呤、黄嘌呤等8种关键生物标志物。该研究为水产品精准保鲜技术开发提供了靶点，成果发表于《LWT》。

　　

大菱鲆作为高经济价值的海水鱼类，在冷藏过程中易因微生物活动导致品质劣变，但长期以来其腐败菌群与代谢通路的交互机制尚未明确。传统保鲜技术多依赖感官评价和理化指标检测，存在主观性强、灵敏度低等问题。尤其值得注意的是，特定腐败菌（SSOs）如希瓦氏菌和假单胞菌（Pseudomonas）在低温下仍能活跃繁殖，通过降解蛋白质、脂质等产生胺类、硫化物等异味物质，但不同菌种在腐败过程中的代谢分工与协同关系仍是研究空白。

针对这一科学问题，中国的研究团队在《LWT》发表了整合微生物组与代谢组学的研究。通过16S rRNA测序解析菌群结构，结合UHPLC-MS/MS非靶向代谢组学技术，系统追踪了冷藏15天内大菱鲆的腐败动态。关键实验技术包括：1）微生物群落分析（Illumina HiSeq 2500平台V4区测序）；2）代谢物检测（超高效液相色谱-串联质谱UHPLC-MS/MS）；3）多组学关联分析（Spearman相关性网络）。

3.1 大菱鲆品质变化
研究发现，冷藏9天后总活菌数（TVC）突破7.0 log CFU/g安全限值，H₂S产生菌（主要为希瓦氏菌）占比显著上升。伴随鱼体黄变和组织软化，TVB-N（总挥发性盐基氮）在15天时达26.0 mg/100 g，TBARs（硫代巴比妥酸值）显示脂质氧化加剧。

3.2 微生物多样性分析
Alpha多样性指数显示，9天后菌群丰富度（Chao1）和均匀度（Shannon）显著下降。优势菌群从初始的变形菌门（Proteobacteria，32.30%）演替为12天时的绝对优势（99.10%），其中不动杆菌（51.2%）和希瓦氏菌（42.6%）为主导。

3.3 代谢分析
从2,027种注释代谢物中筛选出1,159种差异代谢物。关键发现包括：1）嘌呤代谢通路中次黄嘌呤（hypoxanthine，log₂FC=2.95）和黄嘌呤（xanthine，log₂FC=3.12）持续积累；2）4种二肽（如Tyr-Leu）和4种三肽显著增加，提示蛋白质降解；3）磷脂PC(20:5(5Z,8Z,11Z,14Z,16E))含量下降反映膜损伤。

3.4 菌群-代谢物关联
Spearman分析揭示：希瓦氏菌与次黄嘌呤（r=0.82, P<0.01）、O-琥珀酰-L-高丝氨酸正相关；不动杆菌驱动氨基酸代谢；热杀索丝菌促进小肽生成。而磷酸戊糖通路激活表明菌群碳源利用增强。

该研究首次阐明冷藏大菱鲆腐败的“菌群-代谢”网络，锁定8种关键生物标志物（如次黄嘌呤、Tyr-Leu）。这些发现不仅为开发靶向抑制剂（如阻断嘌呤代谢酶）提供理论依据，还可指导构建快速检测传感器。未来需通过纯培养实验验证菌群互作机制，并拓展至其他水产品种的标志物普适性研究。