关于西北太平洋公海两种灯笼鱼肠道微生物群组成的研究

《Regional Studies in Marine Science》：Research on the gut microbiota composition of two lanternfish species in the high seas of the Northwest Pacific Ocean

肠道微生物组差异与环境因素关联分析。采用Miseq PE300测序技术对西北太平洋海域两种灯笼鱼（Myctophum asperum和Myctophum nitidulum）肠道菌群进行16S rRNA基因V3-V4区测序，发现粗糙灯笼鱼样本OTU数（576）显著多于闪光灯笼鱼（386），其中296个OTU为第一种鱼特有，106个为第二种鱼特有。Alpha和Beta多样性分析显示菌群结构差异不显著。优势菌群包括Proteobacteria、Cyanobacteria、Firmicutes和Actinobacteriota，其中Achromobacter和Enhydrobacter为第一种鱼特有属，Planktotalea和Vibrio为第二种鱼特有属。RDA分析表明环境因子如温度、盐度、叶绿素a浓度和溶解氧显著影响菌群组成，Proteobacteria与叶绿素a正相关，Cyanobacteria与温度、盐度正相关，Firmicutes和Bacteroidota与溶解氧和叶绿素a浓度正相关。功能预测显示两者代谢相关功能无显著差异。

　　

作者：李翔、陈子月、刘碧琳、邹乐蕾

上海海洋大学海洋生物资源科学与管理学院

摘要

为了研究Myctophum asperum和Myctophum nitidulum肠道微生物的多样性和组成差异，以及这些微生物与海洋环境因素的相对丰度关系和功能差异，我们对来自西北太平洋公海的两种灯笼鱼的16S rRNA V3~V4区域的基因进行了Miseq PE300高通量测序。序列聚类分析显示，粗糙鳞灯笼鱼样本包含576个操作分类单元（OTUs），闪光灯笼鱼样本包含386个OTUs，其中两种物种特有的OTU数量分别为296个和106个。Alpha和Beta多样性分析的结果相似，两种物种肠道微生物结构的差异不显著。这两种灯笼鱼肠道微生物的主要门类为Proteobacteria、Cyanobacteria和Firmicutes。Achromobacter和Enhydrobacter属仅存在于Myctophum asperum中，而Planktotalea属和Vibrio属仅存在于Myctophum nitidulum中。RDA冗余分析结果表明，两种灯笼鱼肠道微生物中不同主要门的相对丰度受到不同海洋环境因素的影响：Cyanobacteria的丰度与温度和盐度呈正相关；Proteobacteria的丰度与叶绿素a的浓度呈正相关；Proteobacteria和Actinobacteriota的丰度与温度和盐度呈负相关；Firmicutes和Bacteroidota的丰度与溶解氧和叶绿素a的浓度呈正相关。功能预测表明，这两种灯笼鱼之间的功能差异不显著，主要功能差异集中在代谢相关方面。本研究的初步结果揭示了这两种灯笼鱼肠道微生物的组成及其与环境因素和功能差异的关系，为进一步了解中层海洋鱼类的营养生态关系和生态系统提供了基础。

引言

灯笼鱼（Myctophidae）分布于三大洋，是中层海洋鱼类群落的重要组成部分，其生物量估计达数亿吨（Catul等人，2011年）。作为初级消费者和高级捕食者之间的关键营养链接，它们的摄食生态维持了中层海洋生态系统中的重要能量传递途径（Xu等人，2023年；Longo等人，2021年）。同时，灯笼鱼的昼夜垂直迁移（DVM）及其相关的代谢过程增强了生物碳泵（BCP）作用，促进了海洋垂直层间的颗粒有机碳（POC）流动（Alewijnse等人，2021年）。目前全球对灯笼鱼的研究主要集中在形态特征（Niass和Ozawa，2000年）、物种鉴定（Batta-Lona等人，2019年）、年龄和生长模式（Longo等人，2021年）、摄食生态（Sassa和Kawaguchi，2004年；Watanabe和Kawaguchi，2003年）以及栖息地分布（Xu等人，2023年）方面。

Myctophum asperum主要栖息在西北太平洋的热带和亚热带水域（Hayashi等人，2001年）。目前对M. asperum的研究主要集中在年龄-生长关系和传统饮食分析上。关于其摄食生态，对西北太平洋M. asperum的初步肠道内容物分析显示，其饮食以介形虫和多毛类为主（Sassa和Kawaguchi，2004年）。相比之下，栖息在澳大利亚沿海水域的种群表现出显著的饮食差异，更倾向于捕食磷虾类（Cohen和Beckley，2021年）。目前对M. asperum的摄食生态研究仍处于初步阶段，尚未能全面了解其在海洋生态系统中的营养关系。

Myctophum nitidulum主要分布在黑潮海域（Watanabe和Kawaguchi，2003年）。M. nitidulum在不同海洋区域的饮食存在显著差异：西北太平洋群体的饮食从捕食甲壳类浮游动物转变为捕食日本沙丁鱼幼鱼（Watanabe和Kawaguchi，2003年）；西北太平洋的黑潮水域群体主要以桡足类和端足类为食（Watanabe等人，2002年）；而热带东太平洋群体的饮食则以桡足类和介形虫为主（Van Noord等人，2013年）。研究表明，M. nitidulum的摄食行为受到经度、饵料丰度、海表盐度（SSS）和混合层深度（MLD）等不同海洋环境因素的影响（Van Noord等人，2016年）。然而，关于闪光灯笼鱼的相关研究仍然较少。

鱼类肠道微生物群的组成与其生态特征密切相关，长期定植于黏膜表面的微生物群落对鱼的形态发育、消化吸收、营养代谢、内分泌调节、病原体抵抗力和系统免疫力起着关键作用（Le等人，2020年；Ruiz等人，2024年）。鱼类肠道微生物群的组成主要受宿主选择、饮食和环境因素的影响（Luan等人，2023年），因此，鉴于它们之间的密切依赖性，鱼类肠道微生物群已成为近几十年的研究重点（Wang等人，2018年）。最早的鱼类肠道微生物研究可追溯到20世纪20年代末（Reed和Spence，1929年）。研究方法从微生物培养技术和分子生物学方法发展到目前广泛采用的高通量测序等宏基因组技术。这些进展使我们能够更深入地了解鱼类肠道微生物群的组成、丰度和环境因素（Ou等人，2021年）。目前对海洋鱼类肠道微生物的研究主要集中在具有经济价值的养殖物种上（Ou等人，2021年），重点关注微生物群落组成和多样性的驱动因素。

因此，本研究旨在探讨在同一海洋区域内具有相似生态位和摄食习性的两种灯笼鱼的肠道微生物群在组成和功能上是否存在物种特异性差异，或者是否表现出功能保守性。基于这些考虑，我们选择了Myctophum asperum和Myctophum nitidulum>这两种在西北太平洋开阔水域共存的丰富且同域的灯笼鱼物种作为自然比较模型（Watanabe等人，2002年）。通过高通量测序，我们表征了这两种物种的肠道微生物群，分析了它们的多样性、群落结构、功能以及与环境因素的关系。本研究为理解中层海洋鱼类的营养生态及其在海洋生态系统中的作用提供了科学依据。

样本采集与测量

实验中使用的灯笼鱼样本由上海海洋大学的“Song Hang”远洋渔业资源调查船在西北太平洋公海进行科学调查时采集。采样时间为2023年6月至8月，在西北太平洋公海的8个采样点进行（图1，表1，经度148°E-164°E，纬度35°N-45°N）。采样使用的渔具是一种四面板大网眼中层拖网，网眼尺寸为434米。

高通量测序数据分析

经过质量过滤后，从12个样本中获得了921,036条高质量序列，平均每个样本76,753条序列。序列长度平均为416 bp。序列聚类分析后，从两种灯笼鱼的肠道微生物群中获得了682个OTUs。使用维恩图可视化了两种灯笼鱼之间共享和独特的OTU分布。M. asperum样本包含576个OTUs，而M. nitidulum样本包含

肠道微生物群落组成

本研究比较了两种灯笼鱼（M. asperum和M. nitidulum）肠道微生物群的多样性和组成特征，并分析了不同分类水平上的差异。稀释曲线趋于平稳，覆盖率始终超过99.9%，表明测序深度充分捕捉到了样本中肠道微生物群的真实多样性。两种物种的肠道微生物群在OTU丰度和多样性上存在差异。

伦理批准

本研究收集的物种均未受到任何法律保护，也不属于受威胁或濒危物种。研究在符合“良好研究实践准则”（Code of Conduct “Guidelines for Safeguarding Good Research Practices”）的前提下进行。

资金支持

本研究的资金支持来自中国国家重点研发计划（2023YFD2401302）和上海高等院校特殊岗位教授后续计划（GZ2022011）；以及全球渔业资源监测与评估项目（对公海渔业资源的综合科学调查）。

作者贡献声明

李翔：撰写——初稿。陈子月：撰写——审阅与编辑。刘碧琳：撰写——审阅与编辑。邹乐蕾：撰写——审阅与编辑。

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所述的工作。

致谢

作者感谢上海海洋大学“Song Hang”远洋渔业资源调查船的成员在鱼类采样方面的协助。同时感谢审稿人对我们手稿的仔细阅读以及提出的宝贵意见和建议。

利益冲突

作者声明本研究未涉及任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系。