鲤鱼生长性能与鲤春病毒血症抗性差异的机制解析：多组学整合研究

《Frontiers in Immunology》：Mechanistic investigation into the differences in growth performance and resistance to spring viremia of carp virus in common carp

本研究通过整合转录组与代谢组分析，揭示鲤鱼生长性能与疾病抗性间的负相关机制（r = -0.83）。研究发现快速生长种群（YB）通过激活外源物代谢（如细胞色素P450通路）和营养代谢通路促进生长，但代价是解毒能力下降；而高抗病种群（CD）则富集于解毒抗氧化（如谷胱甘肽代谢）和免疫调节通路（如干扰素信号）。研究筛选出关键枢纽基因（gsta4、adh8b、gimap7）和代谢模块（Florawhite/Grey60），为水产育种中平衡生长与抗病性状提供分子靶点。

　　

1 引言

鲤春病毒血症病毒（SVCV）作为弹状病毒科成员，是引发鲤科鱼类急性出血性败血症（鲤春病毒血症）的高致死性病原。随着全球鲤鱼养殖规模扩大（2022年产量达3178.8万吨），平衡生长性能与疾病抗性成为育种领域的核心挑战。研究表明，快速生长个体常伴随免疫防御资源分配的减少，生长激素/胰岛素样生长因子（GH/IGF）轴与天然免疫信号通路存在交叉对话。本研究通过对比宜宾（YB）和成都（CD）两种生长速率差异的鲤鱼种群，整合转录组、代谢组与病毒攻毒实验，从免疫遗传育种视角解析生长-抗病权衡的分子基础。

2 材料与方法

实验选用1龄YB（106.4±5.82 g）与CD（26.66±0.75 g）种群鲤鱼，腹腔注射SVCV滤液（200 μL/尾），对照组注射等量PBS。攻毒后第0、1、3、5天采集头肾组织进行RNA-seq测序（Illumina HiSeq? 2500平台），肝脏组织进行LC-MS非靶向代谢组检测（AB SCIEX Triple TOF 6600质谱系统）。通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）筛选与表型关联模块，结合KEGG富集分析、蛋白质互作（PPI）网络构建及基因-代谢物关联网络揭示调控枢纽。

3 结果

3.1 表型差异验证生长-抗病负相关

YB种群体重极显著高于CD种群（p < 0.05），但SVCV攻毒后存活率（72.8%）显著低于CD种群（92.3%）。病毒载量动态显示：CD种群在感染首日病毒拷贝数骤升后下降，而YB种群持续上升。相关性分析证实体重与存活率呈负相关（r = -0.83），提示生长优势以抗病力下降为代价。

3.2 转录组揭示外源物代谢核心作用

WGCNA筛选出与体重正相关、与存活率负相关的Grey模块（28个基因）。KEGG富集显示该模块基因显著富集于外源物代谢（药物代谢-细胞色素P450、外源物代谢-细胞色素P450）、营养代谢（谷胱甘肽代谢、酪氨酸代谢、脂肪酸降解）及癌症相关通路。PPI网络鉴定出gsta4、adh8b、gimap7三个枢纽基因，其中adh8b通过催化乙醇氧化促进丙酮酸代谢，为快速生长提供乙酰辅酶A前体。

3.3 代谢组凸显营养分配策略差异

代谢物WGCNA识别出三个关键模块：Florawhite模块（1686个代谢物）与体重正相关、与存活率负相关，富集于淀粉/蔗糖代谢、半乳糖代谢等营养吸收通路；Grey60模块（1856个代谢物）与体重负相关、与存活率正相关，富集于I型聚酮化合物结构和α-亚麻酸代谢（具抗病毒活性）；Lightsheelblue模块（185个代谢物）与存活率正相关，富集于苯丙烷类生物合成等次级代谢产物通路。

3.4 多组学整合锁定关键调控节点

Grey模块基因与代谢物关联分析发现，ss18、arl5a、hnrnph3与159个代谢物显著相关（|r| > 0.5）。这些代谢物主要富集于精氨酸生物合成、2-氧代羧酸代谢（连接氨基酸降解与TCA循环）、咖啡因代谢（抗氧化）和D-氨基酸代谢（产H₂O₂抗菌）等通路。其中ss18关联代谢物同时参与营养代谢与解毒过程，提示其可能通过协调资源分配平衡生长与免疫。

4 讨论

本研究揭示生长-抗病权衡的分子基础源于代谢资源竞争：YB种群通过强化营养代谢（糖酵解/脂肪酸β-氧化）和外源物处理能力促进生长，但代价是解毒抗氧化（谷胱甘肽代谢）和免疫调节（干扰素信号）能力削弱；CD种群则通过激活次级代谢产物（如α-亚麻酸、苯丙烷类）和抗氧化通路（如咖啡因代谢）增强抗病力。枢纽基因gsta4（谷胱甘肽S-转移酶）和gimap7（T细胞免疫调节因子）的互作，以及代谢模块中ABC转运蛋白与细胞色素P450的协同，构成表型分化的核心网络。

5 结论

营养能量代谢与解毒免疫调控的双模块互作是鲤鱼生长-抗病权衡的机制核心。多组学数据一致性提示，靶向ss18、arl5a等基因及其关联代谢通路（如2-氧代羧酸代谢、苯丙烷类生物合成），可为培育生长-抗病协同改良的鲤鱼品种提供理论依据和生物标志物。