脂肪酸去饱和酶的功能特性研究及膳食脂质来源对大口黑鲈（Micropterus salmoides）脂肪酸转化的影响

《Aquaculture》：Functional characterization of fatty acid desaturases and dietary lipid sources modulation of fatty acid conversion in largemouth bass ( Micropterus salmoides)

评估鲈鱼n-3 LC-PUFA生物合成能力及不同膳食脂源的影响，通过基因功能分析和8周喂养试验，发现菜籽油（LO）和黑水虻油（BSFO）促进生长，DHA添加改善代谢并调控去饱和酶基因表达。

　　

刘洋洋|鲁迪·卡帕罗斯·梅吉多|弗雷德里克·弗朗西斯|王杰|王浩|胡亮|梁晓芳|薛敏

国家水产饲料安全评估中心，中国农业科学院饲料研究所，北京100081，中国

摘要

为了评估大口黑鲈（Micropterus salmoides）的n-3长链多不饱和脂肪酸（LC-PUFA）生物合成能力以及不同膳食脂质来源的影响，我们将脂肪酸去饱和酶基因的功能表征与为期8周的喂养试验相结合。通过酵母表达技术，我们鉴定出三个候选的去饱和酶基因：fads2（脂肪酸去饱和酶2），可催化C18:3n-3 → C18:4n-3；delta4 fads（酰基-CoA Delta4去饱和酶类似物），具有双重Δ5/Δ4活性（C20:4n-3 → C20:5n-3；C22:5n-3 → C22:6n-3）；而fads6（脂肪酸去饱和酶6）未检测到任何去饱和酶活性。在3 × 2因子设计中，450尾大口黑鲈幼鱼（平均体重17.99 ± 0.02克，每池25尾，重复三次）被分别喂食含有亚麻籽油（LO，54.24% ALA）、棉籽油（CO，0.14% ALA）或黑水虻油（BSFO，2.28% ALA）的饲料，并在部分饲料中添加了3%的Schizochytrium sp粉。双因素方差分析显示，与CO相比，LO和BSFO显著提高了鱼的生长速度（FBW、WG、SGR），且LO使组织中的n-3 PUFA水平高于CO和BSFO（P < 0.05）。CO和BSFO相对于LO上调了肝脏中的delta4 fads表达，而在添加DHA的情况下，CO还进一步增加了elovl4a和elovl5的表达（P < 0.05），而不同油脂中的去饱和酶蛋白表达没有显著差异（P > 0.05）。CO降低了肝脏中的TG水平，并在添加DHA的情况下上调了单酰基甘油酯脂肪酶（mgl）和乙酰-CoA羧化酶1（acc1）及脂肪酸合成酶（fasn）的表达（P < 0.05）。膳食中的DHA改善了鱼的生长和组织DHA水平，并降低了肝脏中的粗脂质和TG含量（P < 0.05），同时下调了fads2、delta4 fads、fads6及Δ5/Δ4 Fads蛋白的表达（P < 0.05）。总体而言，结果表明大口黑鲈具有将膳食中的ALA转化为n-3 LC-PUFA的酶学能力。充足的膳食ALA支持了鱼的生长和DHA的生物合成，而严重的ALA缺乏虽然上调了部分n-3 LC-PUFA生物合成相关基因的表达，但仍导致组织DHA水平降低。膳食中添加DHA有助于缓解ALA缺乏条件下的生长限制。

引言

2022年，全球水产品养殖产量首次超过捕捞量，占水产品总产量的51%，凸显了养殖业对全球食品供应的日益重要贡献（FAO，2024）。传统上，鱼油（FO）是n-3长链多不饱和脂肪酸（LC-PUFA，即含有≥20个碳原子和≥2个双键的脂肪酸）的主要来源，这些脂肪酸对鱼的生长、免疫和代谢至关重要（Bou等，2017；Chen等，2018；Lei等，2016；Sargent等，2003；Tocher等，2019），同时也对人类营养和健康有益（Beyer等，2023；Tabilo等，2025）。因此，对EPA和DHA需求的增加加剧了全球鱼油供应的压力，推高了价格并限制了其可用性，从而需要开发可持续的替代脂质来源（FAO，2024）。然而，这一策略的成功在很大程度上取决于养殖鱼类从膳食中的C18 PUFA前体（ALA）生物合成n-3 LC-PUFA的能力，而这种能力在不同物种间存在显著差异（Xie等，2021）。

大口黑鲈（Micropterus salmoides）是一种典型的肉食性淡水经济鱼类，在全球范围内已成为最重要的淡水养殖物种之一，尤其是在中国（FAO，2024）。尽管先前的研究表明大口黑鲈将ALA转化为EPA和DHA的能力有限，但这些研究是在包含鱼粉或鱼油作为n-3 LC-PUFA来源的膳食条件下进行的（Li等，2025；Yadav等，2020；Zhang等，2019a）。然而，大口黑鲈基因组中三个已注释的fads基因——fads2（脂肪酸去饱和酶2）、delta4 fads（酰基-CoA Delta4去饱和酶类似物）和fads6（脂肪酸去饱和酶6）在LC-PUFA生物合成中的具体作用，尤其是在关键去饱和步骤中的作用，仍有待阐明（Xie等，2020）。

基于植物和昆虫的油脂因其广泛的可用性、成本效益和独特的脂肪酸组成而成为鱼油的有希望的替代品（Gu等，2025；Regost等，2003）。此外，这些油脂来源的脂肪酸组成直接影响鱼的生长表现、组织脂肪酸组成以及n-3 LC-PUFA的生物合成水平或能力（Liang等，2022a；Liu等，2018）。因此，为了在不添加外源性EPA和DHA的条件下研究大口黑鲈的内源性LC-PUFA生物合成途径，选择具有明显不同脂肪酸组成的油脂来源是必要的。

亚麻籽油（LO）富含α-亚麻酸（ALA，C18:3n-3），它是n-3 LC-PUFA的生物合成前体，已被用于多种养殖鱼类的饲料中作为鱼油的替代品（Asghar等，2025；Li等，2016a；Turchini等，2009）。研究表明，膳食中的LO可以改变组织的脂肪酸组成，并调节参与LC-PUFA生物合成的去饱和酶和延长酶基因的表达（Nayak等，2020；Turchini等，2018）。在大口黑鲈中，LO显著影响了鱼的生长和全身脂肪酸组成，膳食中的ALA影响了组织中的EPA和DHA水平（Liang等，2022a；Shi等，2019；Tidwell等，2007）。总体而言，LO是一种适合研究LC-PUFA代谢的膳食油脂来源。

棉籽油（CO）含有较高的亚油酸（LA，C18:2n-6）含量，而n-3 PUFA含量相对较低，因此被选为以n-6为主的膳食脂质来源，以与富含n-3 PUFA的油脂形成对比。尽管CO在营养成分和组成上与大豆油和玉米油等常用植物油相当，但在鱼类营养研究中的评估较少（Eroldo?an等，2012）。先前的研究报道了CO对大口黑鲈（Liu等，2025）及其他物种（Hou等，2024；Wassef等，2015）的生长表现、组织脂肪酸组成和脂质代谢的不同影响。因此，使用高LA含量的棉籽油作为饲料，与高ALA含量的饲料相比，为研究鱼类对n-3 LC-PUFA的代谢反应提供了模型。

黑水虻油（Hermetia illucens，BSFO）作为一种生态可持续的选项，最近受到了关注（Fawole等，2021；Moutinho等，2025；Yuan等，2024a）。与传统以C18 PUFA为主的植物油不同，BSFO含有较高比例的月桂酸（C12:0），这是一种中链饱和脂肪酸（MCFA，含有6-12个碳原子且没有碳-碳双键），可通过β-氧化快速氧化，从而提供高效的代谢能量并限制脂质沉积（Dabbou等，2021）。因此，BSFO可以作为与富含C18 PUFA的植物油对比的膳食油脂，用于评估鱼类的脂质代谢和LC-PUFA相关反应。

此外，先前的研究表明，膳食中添加约1%的EPA + DHA（占总脂肪酸的百分比）可以改善大口黑鲈的生长表现和n-3 LC-PUFA的沉积（An等，2023；Yadav等，2020）。在本研究中，为了进一步探讨膳食前体供应和最终产物反馈对LC-PUFA生物合成的相互作用，我们在选定的饲料中添加了Schizochytrium sp粉（SCM）。添加量根据该物种的需求和所用SCM的特定脂肪酸组成计算，以达到大约1%的膳食EPA + DHA水平。此外，针对虹鳟（Bélanger等，2021；Santigosa等，2020）和大西洋鲑（Salmo salar）（Zatti等，2023）等鱼类的研究也表明，当实际添加适量SCM时，富含DHA的微生物来源可以改善营养价值和感官品质。

因此，本研究的主要目的是通过异源表达技术对大口黑鲈的fads基因进行功能表征，以明确其LC-PUFA的生物合成能力。其次，通过喂养试验评估三种不同油脂来源（LO、CO和BSFO）在有无膳食DHA添加的情况下对生长、脂质代谢和LC-PUFA生物合成的综合影响，以补充这一分子层面的认识。

材料准备

用于功能分析的分析级脂肪酸底物从以下供应商处购买，纯度均不低于制造商声明的99%：ALA（C18:3n-3；Solarbio，北京，中国），二十碳四烯酸（C20:4n-3；ZZstandard Co., Ltd.，郑州，中国），以及二十二碳五烯酸（C22:5n-3；Nu-Chek Prep，美国）。储备溶液在乙醇中配制至适当浓度，并储存于-20°C直至使用。实验中使用的所有底物均来自同一来源

与脂肪酸去饱和相关的基因的功能表征

基于NCBI基因组注释，从大口黑鲈的基因组中选择了三个可能与脂肪酸去饱和相关的候选去饱和酶基因（fads2、delta4 fads和fads6）。仅用pYES2载体转化的酵母表达了S. cerevisiae中常见的脂肪酸，特别是C16:0、C16:1n-7、C18:0和C18:1n-9，以及外源添加的脂肪酸（图1A、E、I、M）。表达pYES2-fads2并在Δ6底物（ALA）存在下培养的酵母显示出了新的

大口黑鲈的fads基因表现出独特的去饱和酶活性

大口黑鲈中ALA向n-3 LC-PUFA的转化通过一个复杂的生物合成途径实现，涉及多个去饱和酶基因（fads2、delta 4 fads）和延长酶基因（elovl4a、elovl5、elovl6、elovl8a）（Li等，2025；Liang等，2023；Zhang等，2023）。我们的研究表明，通过异源表达技术证实，大口黑鲈具有合成n-3 LC-PUFA的酶学基础，因为fads2和delta4 fads表现出内在的去饱和酶活性

结论

本研究结合了去饱和酶基因的异源功能表征和体内营养调控分析，为阐明大口黑鲈的n-3 LC-PUFA生物合成能力提供了新的证据。两种去饱和酶（Δ6 Fads和Δ5/Δ4 Fads）在异源表达实验中表现出催化活性，支持了大口黑鲈具有合成DHA的潜在酶学能力。营养试验进一步表明，在大口黑鲈中，膳食中的ALA可以

CRediT作者贡献声明

刘洋洋：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件使用，方法学设计，实验实施，数据分析，数据管理。鲁迪·卡帕罗斯·梅吉多：撰写 – 审稿与编辑，验证，概念构思。弗雷德里克·弗朗西斯：概念构思。王杰：方法学设计。王浩：方法学设计。胡亮：资源获取。梁晓芳：撰写 – 审稿与编辑，验证，项目监督，资金申请，概念构思。薛敏：撰写 – 审稿与编辑，

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了新疆维吾尔自治区科学技术计划（2024A02001；2022B02039-3）、国家自然科学基金（32273141；32172981）以及中国农业科学院农业科学技术创新计划（CAAS-ASTIP-2023-IFR-07）的财政支持。我们还要感谢CAAS–Gembloux Agro-Bio Tech联合培训计划和中国奖学金委员会的支持。