宿主遗传与皮肤微生物组独立预测孔雀鱼寄生虫抗性

《Ecology and Evolution》：Host Genetics and the Skin Microbiome Independently Predict Parasite Resistance

本研究通过截断选育构建了高/低抗性古比鱼品系，结合皮肤微生物组分析，首次揭示宿主遗传背景与微生物群落类型可独立且等效地预测Gyrodactylus turnbulli寄生虫感染严重程度。研究发现抗性性状具有性别特异性表达，且抗性（resistance）与耐受性（tolerance）存在权衡关系，为宿主-寄生虫共进化机制提供了新的多维视角。

　　

引言

宿主对寄生虫的防御涉及多个相互作用的系统。尽管宿主遗传背景通过免疫系统、行为等方式主导防御机制，但近年研究发现宿主相关微生物组（microbiome）同样通过免疫调节、生态位占据等方式参与抗寄生虫过程。特立尼达孔雀鱼（Poecilia reticulata）与其专性外寄生虫Gyrodactylus turnbulli为研究宿主遗传-微生物组-寄生虫三者互作提供了理想模型。本研究通过人工选育抗性/易感品系，结合皮肤微生物组分析，旨在解析宿主遗传与微生物组在寄生虫抗性中的相对贡献。

材料与方法

实验设计与选育流程

研究以特立尼达Caura河野生孔雀鱼为基础群体，通过单代截断选育建立抗性（resistant）、易感（susceptible）和对照（control）品系。F1代个体经实验感染后，选取感染严重程度（感染曲线下面积）最低和最高的各30尾雌雄鱼作为选育基础，在无寄生虫环境中繁育3-6代。为控制环境偏差，每个品系分为A、B两个亚群，并在多水箱系统中维持种群规模。

微生物组采样与分析

在F3-F6代感染实验前，采用无菌水冲洗结合棉拭子法采集50尾鱼的皮肤微生物样本。通过16S rRNA基因V4区测序（Illumina MiSeq平台）获得扩增子序列变异（ASVs），使用Dirichlet多项式模型（DMM）机器学习方法识别细菌群落类型。感染严重程度通过广义线性混合模型（GLMM）评估，并计算抗性（平均寄生虫数量）和耐受性（单位寄生虫造成的体重损失百分比）的狭义遗传力（h²）。

结果

宿主遗传对抗性及耐受性的影响

选育品系显著预测感染严重程度（χ²(2)=37.74, p=6.4e-09），且与性别存在交互作用（χ²(2)=13.51, p=0.0012）。雌鱼中，抗性品系感染程度显著低于对照（Cohen's d=2.74），易感品系显著更高（Cohen's d=3.49）；雄鱼仅易感品系与对照差异显著（Cohen's d=4.19）。抗性遗传力在易感品系达h²=0.79，抗性品系为h²=0.41。耐受性亦呈现品系差异（χ²(2)=14.56, p=0.00069），且雌鱼抗性品系耐受性显著低于对照和易感品系。个体水平上，抗性与耐受性存在显著负相关（F=55.49, p<7e-15）。微卫星分析排除近交衰退对表型差异的贡献。

微生物组的独立预测作用

DMM分析识别出3个细菌群落类型（A、B、C），其分布与选育品系无关（Fisher检验p=0.8）。群落类型A个体感染严重程度显著低于B、C型（χ²(2)=15.15, p=0.0005）。联合模型显示微生物群落类型与选育品系对感染严重程度的解释力相互独立且等效。雌鱼皮肤微生物α多样性（Shannon指数）显著高于雄鱼（H=4.06, q=0.04）。

讨论

本研究首次在脊椎动物模型中证实宿主遗传与皮肤微生物组可独立预测寄生虫感染结局。抗性选育未显著改变微生物组结构，表明微生物群落变异主要受非遗传因素驱动。群落类型A中Limnobacter属相对丰度较低，可能通过调节黏液成影响寄生虫定植。性别二型性在抗性响应中尤为突出：雌鱼抗性选育响应更强，且耐受性存在品系间差异，可能与雄鱼性选择历史导致的抗性遗传变异固化有关。结果提示在自然种群中，高感染压力可能通过"抗性无效"效应促进耐受性进化。未来需进一步解析微生物功能谱（如硫氧化途径）与宿主免疫互作的具体机制。