传染病给鱼类养殖业造成了巨大的经济损失和粮食安全问题。目前的管理和育种策略严重依赖于对潜在抗病调节机制的知识。虽然肠道微生物群落与疾病感染有关，但关于肠道微生物在鱼类抗病中的作用还知之甚少。半滑舌鳎是我国重要的海水养殖鱼类，是国家海水鱼产业技术体系九大品种之一，其味道鲜美，营养丰富，经济价值高。然而，它遭受弧菌病的爆发，这导致巨大的死亡率和经济损失。
2022年9月23日，中国水产科学研究院黄海水产研究所陈松林院士团队联合华中科技大学生命科学与技术学院宁康教授团队合作在Microbiome（IF=17）在线发表题为“Intestinal microbiome-mediated resistance against vibriosis for Cynoglossus semilaevis”的研究论文，该研究以半滑舌鳎为研究模型，研究宿主-微生物组之间的相互作用在调节弧菌病抗性中的作用。肠道菌群对弧菌病的抗性体现在分类和功能两个层面。这种差异也影响了抗性家族中宿主基因的表达。
肠道微生物组可能通过微生物-肠道-免疫轴控制宿主免疫稳态和炎症反应，增强对弧菌病的抵抗力。例如，在抗病家系中，Phaeobacter 通过调控自身hdhA 基因和宿主胆汁酸生物合成通路cyp27a1 基因上调，同时调控自身trxA 基因和宿主促炎细胞因子生物合成通路akt基因的表达下调，来降低抗病家系的炎症反应，从而提高半滑舌鳎抗弧菌感染能力。此外，结合肠道微生物和宿主基因作为生物标志物，可以准确区分抗病家族和易感家族。总之，该研究揭示了微生物-肠道-免疫轴的调节模式，这可能有助于理解半滑舌鳎的弧菌病抗性。这些研究结果可为水产养殖中病害的控制和优质抗病种质的选育提供依据。
世界目前正面临着越来越多的营养和粮食安全问题的挑战。水产养殖提供水生食品，在全球粮食供应中发挥着越来越重要的作用。据粮农组织报告，到2030年，水产养殖产量预计将达到1.09亿吨，这需要农业实践的可持续发展。然而，传染病频繁发生，对全世界的水产养殖业造成了毁灭性的影响。由弧菌引起的弧菌病是水产养殖中最重要的威胁之一，导致甲壳类、软体动物和鱼类等众多水生动物的巨大死亡率和经济损失。
肠道微生物是鱼类生理、免疫和健康的关键和直接调节因子。最近，微生物组与宿主的相关性被认为是最有希望的科学突破之一，可能对粮食和农业产生重大的积极影响。针对鱼类养殖中的传染性疾病，了解抗性和非抗性种质间微生物群的差异，以及鱼类与微生物群之间的相互作用，为疾病控制、益生菌开发、基因改造提供重要的知识，最终提高抗病性和产量。此外，目前可供筛选鱼类抗病种质的生物标记非常少。通过对鱼类肠道菌群和宿主-菌群关系的研究，可为抗性种质的鉴别提供生物标记，为育种提供依据。
整合多组学(包括宿主基因、肠道微生物、肠道微生物基因)的工作流程概述（图源自Microbiome ）
模型动物斑马鱼和经济种大西洋鲑鱼(Salmo salar )、草鱼(Ctenopharyngodon idellus )和半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis )均报道了肠道微生物群落随疾病感染状态的变化。Gaulke等人证实 Pseudocapillaria tomentosa 感染会破坏斑马鱼肠道微生物组组成，感染期间微生物组破坏的程度随感染严重程度而变化。Gong等人发现在创伤弧菌感染后，半滑舌鳎体内的微生物群落组成发生了显著变化，在高剂量感染时，宿主可刺激先天免疫抑制创伤弧菌生长。然而，这些零散的证据主要集中在利用16S rRNA测序方法表征致病性感染时肠道微生物群落的组成和变异，而肠道微生物群落对鱼类抗弧菌病的调控模式和潜在机制仍然是一个谜。
另一方面，鱼类对传染性疾病的抵抗力是一种高度复杂的性状。既往研究表明，抗病和易感鲤鱼对嗜水气单胞菌感染的免疫参数，包括溶菌酶活性、吞噬能力和抗体水平存在差异。一些研究指出了对不同致病感染反应的转录组差异。例如，抗病大西洋鲑鱼在感染性胰腺坏死病毒感染时表现出中度和有效的炎症反应。目前对鱼类抗病性的研究主要集中在感染后的生理和转录组反应，而对肠道微生物抗疾病感染功能的研究较少。
半滑舌鳎抗病系与易感系的多重标记（图源自Microbiome ）
半滑舌鳎（学名：Cynoglossus semilaevis ），又称鳎犸、龙利、鳎目鱼、鳎米和舌头鱼，是我国重要的海水养殖鱼类，是国家海水鱼产业技术体系九大品种之一，其味道鲜美，营养丰富，经济价值高。然而，在养殖过程中，弧菌性病原引起的感染性疾病频繁发生，导致养殖成活率低至30%，严重限制了半滑舌鳎养殖产业的健康可持续发展，造成了巨大的经济损失。
半滑舌鳎
本研究基于陈松林院士团队多代选育的半滑舌鳎抗病家系，通过多组学分析，解析了抗病和易感家系肠道菌群的结构功能差异、宿主基因表达模式和菌群-宿主相互作用，发现抗病和易感家系微生物群落结构具有明显差异：抗病家系通过招募有益菌（如Phaeobacter ,Propionibacterium ）增强抗弧菌感染能力，而易感家系则由于富集了促炎菌（如Alicyclobacillus ）而影响了抗病力。
进一步分析发现，肠道微生物通过调控宿主代谢（包括类固醇、类固醇激素、胆汁酸合成和不饱和脂肪酸代谢途径）和免疫信号通路（包括DNA-sensing,Toll-like和RIG-I-like受体信号通路）等影响半滑舌鳎抗弧菌感染能力。此外，发现肠道菌群可能通过“菌-肠-免疫轴”调控宿主的免疫稳态和炎症反应，如Phaeobacter 通过调控自身hdhA 基因和宿主胆汁酸生物合成通路cyp27a1 基因上调，同时调控自身trxA 基因和宿主促炎细胞因子生物合成通路akt 基因的表达下调，来降低抗病家系的炎症反应，从而提高半滑舌鳎抗弧菌感染能力。在此基础上，本研究进一步筛选到基于肠道微生物和宿主基因组合的生物标志物，可用于半滑舌鳎抗病种质筛选。
提出了半滑舌鳎抗感染相关代谢途径的调控网络（图源自Microbiome ）
本研究首次揭示了肠道微生物通过调节宿主免疫稳态和降低炎症反应而调控半滑舌鳎抗弧菌病性状的分子机制，所揭示的“菌-肠-免疫轴”调控模式将有助于理解肠道菌群在鱼类抗病性状形成中的作用，为鱼类抗病性状研究提供了新视角，研究成果为开辟鱼类病害防治和良种培育新途径奠定重要基础。
论文第一作者为黄海水产研究所周茜副研究员和华中科技大学博士生朱雪，通讯作者为陈松林院士和宁康教授。上述工作是在国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省泰山学者攀登计划、中国水产科学研究院创新团队等项目的资助和支持下完成的。
参考消息：
https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-022-01346-4
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