转录组分析揭示了豆科植物蚕豆（Vicia faba L.）对尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）肌肉质量的影响

《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Transcriptome analysis revealed the effects of dietary faba bean ( Vicia faba L.) on muscle quality of Nile tilapia ( Oreochromis niloticus)

尼罗 tilapia 饲喂鹰嘴豆 120 天后肌肉纤维直径和面积显著减小（p<0.05），纤维密度显著增加（p<0.05）。转录组分析共鉴定 576 个差异表达基因（FDR<0.05），其中 211 个上调、365 个下调。肌肉相关基因（actc1, myo7a 等）表达上调，而糖酵解基因（gapdh, eno3 等）表达下调。研究表明鹰嘴豆通过调控肌纤维重塑和代谢途径抑制改善 tilapia 肉质，为营养强化策略提供分子证据。

李青青|黄尧|谢曦|梁少文|林莉

广东省水环境与水产品安全工程技术研究中心，广州水生动物疾病与水禽养殖重点实验室，仲恺农业工程学院动物科学与技术学院，中国广东省广州市510225

摘要

尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）是一种广泛养殖的淡水鱼。饲喂蚕豆（Vicia faba L.）90-120天后可以提高罗非鱼的肌肉质量，但其背后的机制尚不清楚。在本研究中，将罗非鱼饲喂以蚕豆为基础的饲料120天以诱导肌肉硬化现象，同时使用普通饲料饲养的罗非鱼作为对照组。通过苏木精和伊红染色评估肌肉的组织学特征，并进行转录组测序以探讨与肌肉硬化表型相关的分子变化。结果表明，与普通罗非鱼相比，硬化罗非鱼的纤维直径和面积显著减小（p < 0.05），而肌肉纤维密度显著增加（p < 0.05）。共鉴定出576个差异表达基因（DEGs）（FDR < 0.05），其中211个基因上调，365个基因下调。进一步分析显示，与肌纤维细胞增殖相关的基因在硬化罗非鱼中上调，而糖酵解途径受到抑制。与普通罗非鱼相比，硬化罗非鱼中与肌肉相关的基因（如actc1、myo7a、cib2、abcf2和pfkfb2）的表达水平显著升高（p < 0.05），而gapdh、pgam2、eno3和g6pi的表达水平显著降低（p < 0.05）。研究还发现了一些差异表达基因和信号通路。这些发现提供了转录组证据，表明饲喂蚕豆可以影响罗非鱼的肌肉纤维重塑和代谢调节，为通过营养策略改善鱼肉质量提供了分子基础。

引言

尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）因其高营养价值、杂食性、对各种环境条件的强耐受性和较强的抗病性，在100多个国家广泛养殖（Yá?ez等，2020）。罗非鱼已成为仅次于鲤鱼的第二大水产养殖物种，年产量超过650万吨（Cádiz等，2020；Zacharie等，2021）。随着消费者偏好从数量转向质量，鱼肉质地、营养价值和风味成为市场竞争力的关键因素。在许多地区，普通罗非鱼的供应已经超过需求，而优质罗非鱼仍供不应求，这为开发提高肉质的风味策略提供了动力（Bouletis等，2017）。

蚕豆（Vicia faba L.）是世界上最古老的连续种植作物之一，含有40%-50%的碳水化合物、25%-30%的粗蛋白和10%-15%的粗脂（Singh等，2013）。传统上，蚕豆作为人类和牲畜的重要植物蛋白来源进行种植（Smit等，2021），近年来它也引起了作为功能性饲料成分的关注。在中国广东省，一种仅饲喂蚕豆120天的优质草鱼变种——硬化草鱼（Ctenopharyngodon idellus）已成为重要的经济养殖鱼类（Tian等，2018；Yu等，2020）。与普通草鱼相比，硬化草鱼的肌肉纤维直径更短、纤维密度更高、胶原蛋白含量更多（Fu等，2022），因此肉质更紧实。研究表明，饲喂蚕豆还可以改善罗非鱼（Li等，2022）和黄河鲤鱼（Cyprinus carpio）（Song等，2022）的紧实度和口感，表明蚕豆诱导的“硬化”可能是一种普遍适用的方法来提升养殖鱼类的品质。

尽管已在草鱼中研究了肌肉硬化现象，但其背后的机制仍不完全清楚，似乎涉及肌肉生长重塑和代谢调节。对普通草鱼和硬化草鱼肌肉组织的转录组测序发现，背肌中有197个差异表达基因（DEGs）（Tian等，2020），其中包括4个与肌细胞发育相关的下调基因和12个与肌纤维成分相关的基因。此外，在硬化草鱼的肌肉组织中鉴定出几个显著下调的基因，这些基因与氧气运输、线粒体呼吸链和肌酸代谢有关，表明能量利用减少，同时还有与肌纤维细胞增殖相关的上调基因（Xu等，2020）。另一项研究发现，硬化草鱼肌肉组织中的上调基因与紧密连接的形成和核因子-κB信号通路有关（Xu等，2020）。草鱼的肌肉硬化主要与肌肉纤维增生、胶原沉积改变、糖酵解代谢抑制以及生长和重塑相关信号通路的激活有关，包括NF-κB和Hippo信号通路。然而，这些发现主要是物种特异性的，目前尚不清楚罗非鱼的肌肉硬化是否遵循与草鱼相同的分子机制。与草鱼相比，罗非鱼在生长速度、肌肉组成和代谢特性方面存在差异，因此尚不清楚蚕豆诱导的罗非鱼肌肉硬化是否遵循相同的分子机制。重要的是，关于硬化罗非鱼肌肉的转录组证据仍然有限，这是一个重要的知识空白。

转录组分析用于研究信使RNA（mRNA）以及非编码RNA（如长链非编码RNA、microRNA和环状RNA）如何调节肌肉组织的特定表型（Li等，2016）。RNA转录本可以通过竞争性内源性RNA相互作用，表明存在调节生物过程的内在机制（Chen等，2017）。因此，对硬化罗非鱼进行转录组分析有助于识别与草鱼共有的保守通路，并发现可能解释肌肉硬化表型的罗非鱼特异性机制。

因此，本研究的目的是通过苏木精和伊红（H&E）染色比较硬化罗非鱼和普通罗非鱼肌肉组织的微观结构，并通过转录组分析阐明硬化罗非鱼肌肉表型相关的机制。通过整合组织学和转录组证据，本研究旨在明确罗非鱼的肌肉硬化是否仅由肌肉纤维增生驱动（如草鱼中的情况），或者是否有额外的结构和代谢调节机制参与了高密度、细纤维肌肉的形成，从而提高鱼肉质量。

样本收集

从中国广东省中山市的一个水产养殖场获得了硬化罗非鱼（体重：968.33 ± 122.24克，体长：33.81 ± 1.37厘米）和普通罗非鱼（体重：1028.33 ± 138.95克，体长：33.75 ± 2.27厘米）（每组18条）。鱼被随机分配到两种不同的饲料处理组，并在相同的养殖条件下饲养，包括水温、溶解氧、光照周期和放养密度。

组织学分析

硬化罗非鱼的纤维直径更小，肌肉密度更高，肌肉纤维之间的间隙也更宽（见图1）。与普通罗非鱼相比，硬化罗非鱼的肌肉纤维直径显著减小（分别为86.82 ± 2.6微米 vs 50.28 ± 3.66微米，p < 0.05），肌肉纤维面积也显著减小（分别为9101.33 ± 207.73微米2 vs 4119.67 ± 199.87微米2，p < 0.05），而肌肉纤维密度显著增加（分别为62.67 ± 2.87纤维/毫米 vs 186.67 ± 5.73纤维/毫米）。

讨论

罗非鱼是一种杂食性鱼类，主要以植物性食物为食，由于营养价值高、耐高密度养殖环境能力强和抗病性强而被广泛养殖（Wang和Li，2011）。然而，罗非鱼的肉质较厚，处理不当会破坏其风味，从而降低吸引力。饲喂蚕豆可以使其肉质变得紧实且有嚼劲，同时增加蛋白质含量（Yu等，2019）。肌肉结构和组成

结论

本研究采用高通量测序和严格的分析流程建立了硬化罗非鱼的全面转录组数据库。共鉴定出576个差异表达基因（DEGs）。值得注意的是，与肌肉结构相关的基因在硬化罗非鱼中上调，而与糖酵解途径相关的基因下调。肌肉密度的显著增加与硬化罗非鱼的肌肉硬化有关。本研究的结果为未来的研究提供了基础。

作者贡献声明

李青青：撰写初稿、进行研究、争取资金。黄尧：数据管理。谢曦：监督。梁少文：正式分析。林莉：撰写、审稿与编辑、监督、争取资金。

未引用参考文献

Li和Liu，2022

利益冲突声明

所有作者均声明无利益冲突。

致谢

本研究得到了广州市重点研发计划 [202103000067]、花都渔业工业园区公共科学品牌与标准建设 [21302156]和广东省农村科技 commissioner for towns and villages [KTP20240129]的支持。