《Aquaculture Reports》：Key genes and pathways associated with molecular regulation under acute hypoxic stress in
Megalobrama amblycephala
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本研究针对团头鲂（Megalobrama amblycephala）在养殖过程中易因低氧死亡的问题，通过构建浦江2号品系的急性缺氧模型，整合转录组学和代谢组学分析，筛选出nos2、hif1、epo等关键缺氧应答基因，首次揭示鳃组织中甲状旁腺激素通路（ko04928）在缺氧应激中被激活。研究发现缺氧敏感组（HS）甲状旁腺相关基因表达上调，而耐受组（HT）维持低表达水平，为团头鲂耐低氧分子育种提供了新靶点和理论依据。
在水产养殖业中，溶解氧犹如水中生命的"呼吸脉搏"，其波动直接关系到养殖对象的存亡。有着"武昌鱼"美誉的团头鲂（Megalobrama amblycephala），以其肉质鲜嫩、营养丰富而成为我国重要的淡水经济鱼类。然而这位"水中君子"却有个致命弱点——对低氧环境极其敏感。养殖过程中一旦遭遇溶解氧骤降，极易发生大面积浮头甚至死亡，给养殖户造成巨大经济损失。更令人担忧的是，长期人工养殖导致的种质资源退化，使得团头鲂出现生长速度减缓、性成熟提前、抗逆性下降等问题，其中耐低氧能力的减弱尤为突出。
为破解这一产业难题，华南农业大学的研究团队将目光投向了上海海洋大学培育的浦江2号新品系。该品系以鄱阳湖野生团头鲂为基础群体，经过连续4代群体选育和家系选育，并结合低氧胁迫筛选，其耐低氧能力显著提升。研究人员巧妙地将实验鱼分为常氧对照组（C0）、缺氧敏感组（HS）和缺氧耐受组（HT），通过精准控制溶解氧浓度（0.3±0.1 mg/L），以失去平衡（LOE）作为判定阈值，构建了科学的急性缺氧应激模型。
研究采用多组学整合分析策略，主要关键技术包括：基于转录组学的差异表达基因筛选与KEGG通路富集分析，通过实时荧光定量PCR（qPCR）验证关键基因表达；基于代谢组学的差异代谢物鉴定与通路分析；以及转录组与代谢组的联合分析（包括KEGG通路共富集模型、O2PLS模型和线性相关模型），系统解析鳃和肝胰腺组织的缺氧应答网络。实验样本来源于浦江2号品系的特定组织采集，确保研究材料的可靠性。
3.1 鳃组织缺氧应激关键基因及通路的差异表达
转录组分析显示，C0与HS组比较发现366个差异表达基因，C0与HT组比较发现265个差异基因。通路富集分析表明，HS组中昼夜节律和癌症通路显著富集，而HT组中胰腺分泌、TNF信号通路等8条缺氧相关通路被激活。特别值得注意的是，hif1α和nos2在HS组中显著差异表达，而il1β和il8在HT组中表现突出。qPCR验证结果与转录组数据高度一致，证实了测序结果的可靠性。
3.2 鳃组织代谢物及相关通路分析
代谢组学检测到C0与HS组间138个差异代谢物。KEGG富集分析发现，HS组中固醇生物合成通路显著富集，HT组中mTOR信号通路、PI3K-Akt信号通路以及甲状旁腺激素合成、分泌和作用通路明显激活。这些代谢变化为理解团头鲂的缺氧适应机制提供了新的视角。
3.3 鳃组织多组学分析及甲状旁腺激素通路调控
整合分析揭示了6条显著富集的通路，其中FoxO信号通路、甲状旁腺激素通路和神经退行性疾病通路尤为关键。研究发现甲状旁腺激素通路在缺氧应激中被特异性激活，HS组中该通路相关基因表达上调，而HT组则维持较低水平。这表明甲状旁腺激素通路在团头鲂缺氧应答中扮演重要角色，且可能是区分缺氧敏感与耐受个体的关键指标。
3.4 肝胰腺缺氧应激关键基因及HIF-1信号通路分析
肝胰腺组织中，C0与HS组比较发现479个差异基因，HIF-1信号通路显著富集。差异表达基因包括g6pc、trib3、epo等缺氧相关基因。值得注意的是，HT组中ldh、hif1an、p4ha等基因表达变化显著，提示这些基因可能在缺氧耐受中发挥重要作用。
3.5 肝胰腺代谢物及相关通路分析
代谢组学检测到C0与HS组间403个差异代谢物。氨基酸生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢等通路显著扰动，说明缺氧对肝胰腺的代谢网络产生了深远影响。
3.6 肝胰腺多组学联合分析
联合分析发现，牛磺酸和亚牛磺酸代谢通路（ko00430）及磷脂酰肌醇信号系统通路（ko04070）在HT组中相关基因表达下调，这可能是肝胰腺适应缺氧环境的重要代谢调节机制。
研究结果表明，团头鲂通过激活HIF-1信号通路和甲状旁腺激素通路来应对急性缺氧胁迫。HIF-1作为缺氧应答的核心调控因子，通过调节epo、vegfa等下游基因的表达，在能量代谢和血管生成中发挥关键作用。而新发现的甲状旁腺激素通路激活现象，为理解鱼类缺氧适应机制提供了全新视角。虽然鱼类缺乏典型的甲状旁腺腺体，但研究显示该通路可能通过调节钙磷代谢影响鳔功能和能量代谢，从而帮助鱼类在缺氧环境中维持生理平衡。
特别值得注意的是，缺氧敏感组与耐受组在甲状旁腺激素通路相关基因表达上存在显著差异：敏感组基因表达上调，而耐受组维持较低水平。这一发现不仅为团头鲂耐低氧品系选育提供了重要的分子标记，也为水产养殖中抗逆品种的培育开辟了新途径。研究揭示的"垂体-肝-鳃调控轴"机制，进一步完善了我们对鱼类缺氧应激整体调控网络的认识。
该研究通过多组学整合分析，系统解析了团头鲂急性缺氧应激的分子调控网络，为团头鲂耐低氧分子育种提供了理论依据和候选基因。研究成果对促进团头鲂养殖业的可持续发展具有重要实践意义，同时为其他经济鱼类的抗逆育种研究提供了可借鉴的方法学框架。
