《Aquaculture Reports》：Hepatic transcriptomic and lipidomic analyses reveal the responding mechanism of mandarin fish (
Siniperca chuatsi) adapting to artificial feed in the early domestication periods
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本研究针对鳜鱼(Siniperca chuatsi)驯食人工饲料早期易出现代谢紊乱等问题，通过整合肝脏转录组和脂质组学分析，系统揭示了其适应过程的分子机制。研究发现固醇生物合成(特别是胆固醇合成)、甘油磷脂代谢和鞘脂信号通路是肝脏适应的核心环节，且IL-17信号通路及其下游效应因子(nfκb、tnfα、il-1β)随时间推移显著激活。该研究为开发营养优化配方饲料、推动鳜鱼可持续养殖提供了重要理论依据。
在中国水产养殖业中，鳜鱼(Siniperca chuatsi)以其肉质鲜美、生长迅速而享有盛誉，是一种具有极高经济价值的肉食性淡水鱼类。然而，这种鱼类有一个让养殖者颇为头疼的习性——它们只钟情于活鱼饵料，对人工配合饲料往往不屑一顾。这种特殊的食性偏好严重制约了鳜鱼养殖的规模化、可持续发展。经过多年努力，研究人员虽然已经建立起一套标准的驯食程序，使鳜鱼能够逐渐接受人工饲料，但在驯化早期，鱼类常常出现饲料接受度差、肠道炎症和代谢紊乱等问题，导致生长性能受损。
为了深入理解鳜鱼如何从分子水平适应人工饲料，来自相湖实验室的研究团队在《Aquaculture Reports》上发表了他们的最新研究成果。他们巧妙地设计了实验：将鳜鱼分为两组，一组投喂活饵料(对照组，C组)，另一组投喂人工饲料(处理组，F组)，并在投喂试验的第7天和第20天采集肝脏样本。选择这两个时间点颇具深意：第7天代表鳜鱼已经完全接受并专食人工饲料的关键节点，而第20天则反映了长期适应的相对稳定阶段。
研究团队运用了多项前沿技术手段来解析这一适应过程。他们通过转录组学分析基因表达差异，使用脂质组学技术检测脂质代谢物的变化，并采用qRT-PCR(实时荧光定量PCR)对关键基因表达进行验证。此外，通过多组学整合分析，他们将基因表达与脂质代谢变化关联起来，从而全面揭示鳜鱼肝脏在饮食转变过程中的动态响应机制。
生长性能分析显示，在投喂第7天和第20天，人工饲料组与活饵料组的鳜鱼在体重和体长上均无显著差异。这一结果可能得益于近年来人工饲料配方的显著改进，包括营养平衡、适口性和消化率等方面的优化。
转录组学结果揭示了时间动态变化。在第7天，人工饲料组与活饵料组相比有861个差异表达基因(DEGs)，其中716个上调，145个下调；而到第20天，差异基因数量增至2922个(1877个上调，1045个下调)。基因功能富集分析表明，第7天显著富集的生物学过程主要与细胞增殖和基因组维护相关，如细胞周期过程、有丝分裂细胞周期过程等；而到第20天，富集的功能转向代谢方面，特别是固醇生物合成过程、胆固醇生物合成过程等。KEGG通路分析发现，固醇生物合成是两组时间点中最显著富集的通路。值得注意的是，在第20天，免疫相关通路，特别是IL-17信号通路以及MAPK信号通路、TNF信号通路等下游炎症级联反应也显著富集。
脂质组学分析进一步证实了代谢重编程。在第7天，人工饲料组有309种脂质上调，387种下调；第20天，353种脂质上调，723种下调。拓扑分析确定了四个关键代谢通路：甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、亚油酸代谢和α-亚麻酸代谢。其中，甘油磷脂代谢是最显著相关的代谢通路，其次是鞘脂通路。
多组学整合分析发现了更有趣的现象。在第7天，转录组和脂质组数据共同注释到23条KEGG通路；到第20天，这一数字增至98条，表明在驯化过程中功能趋同性随时间增加而增强。特别值得注意的是，有六条关键代谢和信号通路在两个时间点均富集，包括固醇生物合成、细胞周期、甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、癌症中的胆碱代谢和逆行内源性大麻素信号传导。更重要的是，免疫相关通路，特别是与IL-17信号相关的通路，如IL-17信号通路、MAPK信号通路和TNF信号通路，在第20天显著富集。
基因表达验证结果巩固了上述发现。研究人员选择了固醇生物合成通路中的两个关键基因——7-脱氢胆固醇还原酶(dhcr7)和羊毛固醇5-去饱和酶(sc5d)，以及IL-17信号通路相关基因(nfkbia/IκBα、tnf-α、il-1β和il-17rc)进行qRT-PCR验证。结果与mRNA-seq数据一致，所有测试基因的表达趋势均相似。
讨论部分深入解读了这些发现的科学意义。关于固醇代谢，研究表明人工饲料组固醇生物合成通路活性显著高于活饵料组。dhcr7和sc5d基因在转录组和qPCR水平上的显著高表达表明，胆固醇合成增强是鳜鱼适应人工饲料的关键机制。这可能是因为商业人工饲料通常含有植物性餐或油，虽然脊椎动物可以从乙酸合成胆固醇，但人工饲料中缺乏膳食胆固醇，加上植物性成分中高植物固醇含量可能会损害胆固醇吸收，从而促使固醇生物合成通路的补偿性激活。
在免疫响应方面，IL-17信号通路的激活尤为引人注目。IL-17细胞因子家族在免疫调节中起关键作用，IL-17RA通常与IL-17RC形成异二聚体受体复合物，这对IL-17A和IL-17F细胞因子的高亲和力结合以及随后激活NF-κB和MAPK等促炎信号通路至关重要。这些信号通路的激活最终导致促炎细胞因子(如TNF-α和IL-1β)的上调。在第20天，人工饲料组中il-17rc、IκBα、tnf-α和il-1β表达上调反映了一个积极的免疫适应过程，突出了肉食性鱼类驯化过程中免疫重塑的动态性。
此外，鞘脂信号通路的显著富集也值得关注。鞘脂在免疫学中通过调节细胞凋亡、分化和受体后信号响应等关键细胞过程发挥重要作用。最近的证据表明，鞘脂信号可能参与调节食欲和摄食行为。因此，鞘脂代谢通路的显著富集表明肝脏积极参与调节细胞应激反应和适应饮食挑战。
这项研究的结论具有重要的理论和实践意义。通过转录组和脂质组分析，研究人员确定了脂质代谢和免疫调节中的关键基因，特别是固醇生物合成和IL-17信号通路。值得注意的是，人工饲料的饮食调节上调了胆固醇生物合成相关基因，表明补充胆固醇可能会提高驯化成功率。此外，在第20天观察到的显著免疫激活反映了通过调节IL-17/NF-κB通路可能缓解炎症。这些结果为鳜鱼的人工驯化奠定了坚实的理论基础，有助于水产养殖业的可持续发展。
从更广阔的视角看，这项研究不仅揭示了鳜鱼适应人工饲料的分子机制，也为其他肉食性鱼类的人工驯化提供了可借鉴的研究范式。多组学整合分析方法的成功应用，展示了系统生物学在解决水产养殖实际问题中的强大潜力。随着人工饲料配方的不断优化和驯化策略的精细化，鳜鱼等名贵鱼类的养殖业有望实现更加高效、环保和可持续的发展模式。
