鲤形目鱼类干扰素复合体的全基因组鉴定揭示IFNf的进化与功能

本研究通过全基因组分析在鲤形目鱼类中发现新型I型干扰素IFNf，将其成员从7个扩展至8个。研究人员解决了鱼类干扰素系统分类争议，证实IFNf在25种鲤形目鱼类中具有保守的共线性，并通过病毒感染实验证明其抗病毒活性最强。研究还首次发现IFNf衍生肽具有广谱抗菌功能，为鱼类免疫机制和抗菌肽开发提供新见解。

　　

在脊椎动物免疫系统中，干扰素(IFN)作为关键细胞因子一直备受关注。鲤形目作为最大的淡水鱼类类群，其干扰素系统却存在令人困惑的谜题：此前已知的7个干扰素成员是否已完整？特别是被认为仅存在于鲑科鱼类的IFNf，是否在更早分化的鲤形目中也存在？这些问题直接关系到对鱼类免疫系统演化的理解。

中国科学院水生生物研究所等单位的研究人员通过分析25种鲤形目鱼类基因组，首次在该类群鉴定出IFNf基因。研究发现IFNf具有独特的进化地位，其出现早于I型干扰素Group 1和Group 2的分化，支持将其独立划分为Group 3。这项发表于《BMC Biology》的研究不仅填补了从非硬骨鱼到多倍体鲑鱼之间的进化空白，更揭示了IFNf在抗病毒防御中的核心作用。

研究采用全基因组比对鉴定干扰素基因，通过系统发育分析明确进化关系，结合AlphaFold2预测蛋白结构。病毒感染实验使用草鱼出血病毒(GCRV-II)模型，qRT-PCR检测基因表达谱，并通过合成肽评估抗菌活性。

Genome-wide identification of IFN repertoires
研究人员在25种鲤形目基因组中发现保守的IFNf基因，其位于IFN1-IFN2-IFN3基因簇末端。特别在鮈科鱼类中观察到IFN4的扩增现象，而IFNf在所有物种中均保持单拷贝。

Evolution of IFNs and classification
系统发育分析显示IFNf形成独立分支，其进化早于Group 1(IFNa/d)和Group 2(IFNb/c)。这一发现解决了长期存在的分类争议，支持IFNf作为I型干扰素第三亚群的观点。

Conserved gene structures
尽管序列差异显著，IFNf保持与其他I型干扰素相似的五外显子结构。值得注意的是，草鱼IFNf仅含一对半胱氨酸，打破传统分类标准，显示干扰素结构的快速演化特征。

Protein sequence and 3D structure modeling
序列相似性低至14.5-60.3%，但结构预测显示所有IFNf均保留六段α螺旋(A-F)的典型干扰素折叠，提示功能保守性。

In vivo expression patterns
草鱼感染实验显示IFNf在所有检测组织中显著上调，7天达峰值，表达强度居八种干扰素之首。头肾和鳃组织早期出现表达抑制，反映病毒可能的免疫逃逸策略。

In vitro antiviral activity
过表达IFNf的草鱼卵巢细胞(GCO)显示GCRV复制受抑，ISG15和Viperin等干扰素刺激基因(ISG)上调，细胞病变效应显著减轻。

AMPs prediction and antimicrobial activity
从草鱼和斑马鱼IFNf鉴定的四个α螺旋肽(AMP-G1/G2/Z1/Z2)均显示抗菌活性。其中AMP-Z1对恶臭假单胞菌的最低抑菌浓度仅3.125μg/mL，AMP-Z2对霍乱弧菌和毕赤酵母具有广谱抑制。

这项研究重新定义了鲤形目干扰素系统，将已知成员从7个扩展至8个。IFNf的发现不仅填补了从鲟鱼到鲑鱼的进化空白，其强烈的病毒诱导表达模式和独特的抗菌肽功能，为理解鱼类免疫防御提供了双重启示。研究建立的基因组-进化-功能研究框架，为其他脊椎动物干扰素研究提供了范式。特别是IFNf衍生肽展现的广谱抗菌潜力，为开发新型抗菌制剂开辟了道路。这些发现对水产养殖病害防控具有直接应用价值，也为脊椎动物干扰素系统的演化研究树立了新坐标。