抗旋转病虹鳟鱼基因组与转录组分析揭示神经发育与免疫应答的协同防御机制

本研究针对虹鳟鱼旋转病（Whirling disease, WD）的防治难题，通过基因组和转录组分析揭示了Gunnison River抗病品系的关键遗传机制。研究发现染色体23区域的高密度选择信号与神经发育相关基因显著关联，同时鉴定出免疫通路（如干扰素γ信号和补体系统）的时序性激活特征。该成果为抗病育种提供了分子靶点，对保护野生鲑鱼种群和渔业经济具有重要意义。

　　

在北美河流中，一种名为旋转病（Whirling disease, WD）的寄生虫病正对虹鳟鱼（Oncorhynchus mykiss）种群造成毁灭性打击。这种由脑粘孢子虫（Myxobolus cerebralis）引发的疾病会导致幼鱼骨骼畸形、神经损伤和高达90%的死亡率。自1956年传入北美后，该寄生虫已在科罗拉多州和蒙大拿州等地引发虹鳟鱼种群崩溃，每年造成数亿加元的渔业损失。更棘手的是，目前缺乏有效的防治手段，而传统德国Hofer抗病品系虽具抵抗力，却因野外生存能力差难以直接应用。这一背景下，科罗拉多公园与野生动物部门通过20年育种计划，将Hofer品系与本地Colorado River虹鳟杂交，培育出兼具抗病性和野外适应能力的Gunnison River Rainbow（GRR）品系。但该品系抗病机制尚未阐明，这正是本研究要解决的核心问题。

研究团队采用多组学联用策略：首先对60尾GRR鱼进行全基因组测序（Illumina NovaSeq6000-S4平台，150bp双端读长），通过Tajima's D和单倍型积分（iHS）分析选择信号；同时对140个头肾样本进行转录组测序（STAR比对，edgeR差异分析），结合WGCNA共表达网络解析时序性免疫应答。所有数据均映射至USDA_OmykA_1.1参考基因组，质量控制采用Q₃₀标准。

基因组分析揭示神经-免疫双轨防御

通过2.5kb窗口的Tajima's D分析（阈值r²=0.1），在染色体23发现最高密度选择信号（0.38），该区域富集DRGX、RET等28个神经分化相关基因。GO分析显示"轴突发生"（GO:0007409）和"神经元分化"（GO:0030182）通路显著激活，提示神经结构强化可能阻碍寄生虫的神经迁移。更关键的是，在染色体9定位到slc25a11基因——这正是Hofer品系已知抗病位点WDRES-9的核心标记，证实GRR继承了该关键遗传元件。

免疫基因的进化选择特征

iHS分析鉴定出897个正选择基因，包括B细胞淋巴瘤蛋白（BCL6B）、C型凝集素CD209等免疫相关基因。值得注意的是，CD209（DC-SIGN）同时在基因组选择（Tajima's D P<0.001）和转录组（1天时上调15倍）中显现，其双重角色提示该基因在病原识别和抗原提呈中的核心地位。

时序转录组描绘免疫防御图谱

感染后1天（1d）出现最强应答，430个基因差异表达，其中补体成分C8A、C9和丝氨酸蛋白酶MASP2显著上调，显示补体系统快速激活。模块化分析显示：2-4天时干扰素γ（IFN-γ）信号主导（模块24），IRF1、SOCS1等基因形成调控网络；至24天（模块21）则转为适应性免疫，CD79A/B、CD4等B/T细胞标记基因活跃，揭示从先天免疫到获得性免疫的转换。

讨论与意义

这项发表于《International Journal for Parasitology》的研究首次阐明GRR品系通过"神经屏障加固+免疫时序激活"的双轨机制抵抗旋转病。染色体23新发现的选择热点为抗病育种提供了新靶点，而WDRES-9区域的确认则解释了该品系的遗传优势。实践层面，研究证实GRR可作为理想的增殖亲本，其携带的slc25a11基因变异与线粒体代谢相关，可能通过维持神经能量稳态增强抵抗力。未来研究可拓展至脾脏等免疫器官，以完善防御机制的全景认知。这些发现不仅为鲑鱼养殖业提供了分子育种蓝图，也为理解宿主-寄生虫协同进化提供了新模式。