明科生物项目文章微生物组转录组 [复制链接]

明科生物（杭州）与中国水产科学研究院南海水产研究所合作，在《ScienceoftheTotalEnvironment》（最新影响因子6.）上发表文章，利用高通量测序技术对暴露于不同氨浓度和水温下凡纳滨对虾的肠道和血淋巴进行测序，通过微生物组、转录组和代谢组联合分析，探究氨热应激对凡纳滨对虾的毒性作用。

研究背景

凡纳滨对虾是人类优质蛋白质的重要来源。肠道是虾的重要器官，其由肠粘膜和稳定的功能菌群组成，一个稳定的功能微生物群有助于宿主的健康，相反，微生物群的失调会损害宿主健康，增加疾病易感性。之前的研究表明，氨胁迫和热应激会分别引起凡纳滨对虾肠黏膜损伤、肠菌群改变及免疫破坏。然而，其潜在的分子机制尚不清楚。此外，由于虾生活在水中，所以不可避免地会受到环境污染物的影响。氨是水环境中常见的污染物，主要由粪便和过量饲料等有机废物分解产生，在集约化养殖池中，氨氮浓度可高达46mg/L。高浓度氨会影响虾的健康，导致其免疫紊乱，甚至死亡。同时，栖息地的水温也影响着着水生动物的生理和行为过程，在亚热带气候地区，尤其是夏季，虾池的水温经常超过34°C。温度升高会引起虾的应激反应并导致生理不适。已有研究表明，氨的浓度受水温的影响，氨对水生动物的毒性随着水温的升高而增加。然而，虾在高浓度氨水和高温共同作用下的生理反应机制仍不清楚。

研究思路

为深入了解氨热应激对凡纳滨对虾肠道菌群、转录组及代谢组的影响。根据预实验结果，作者将氨浓度设定为15mg/L，热应激温度设定为33℃，并将虾随机分为四组：对照组(CG—水温30℃，氨浓度为0mg/L)、热应激组(TG—水温33℃，氨浓度为0mg/L)、氨胁迫组(AG—水温30℃，氨浓度为15mg/L)以及氨热联合应激组(ATG—水温33℃，氨浓度为15mg/L)，72h后分别采集各组虾的肠道(无粪便)和血淋巴，用于肠道微生物组分析、肠道转录组分析、血淋巴代谢组学分析、肠道细菌与差异表达基因（DEGs）和差异代谢物（DMs）的相关性分析，以探讨在单独和共同作用下氨热应激对虾肠道菌群的影响、肠道免疫因子和血淋巴代谢产物的变化以及肠道微生物变化与宿主免疫因子和代谢产物之间的关系。

研究结果

1.1肠道菌群变化

1.1.1丰富性和多样性

从所有微生物样品中总共获得,条cleanreads，其平均读长为64,。与CG相比，3个应激组的Chao指数升高，TG和AG的Simpson指数也升高，但Shannon指数变化不显著(Table1)。三个应激组的特有OTUs均增加，而ATG组的OTUs低于TG组和AG组(Fig.1A)。基于加权和非加权UniFrac距离的PCoA分析表明，CG和三个应激组的肠道细菌明显分离(Fig.1B,C)。

Fig.1.IntestinalmicrobialdiversityofL.vannameiafterammoniaandthermalstress.ThenumberofuniqueandsharedOTUsbetweendifferenttreatmentsindicatedbytheVenndiagram(A).PCoAplotsbasedonweightedUniFracmetrics(B)andunweightedUniFracmetrics(C).

1.1.2肠道微生物组成

三个组的优势菌类群相似，但丰度有所变化。在门水平上，与CG相比，变形菌门的相对丰度在TG中降低，在ATG中升高。在三个应激组中，拟杆菌门的相对丰度降低，而厚壁菌门的丰度增加(Fig.1D)，结果表明氨胁迫和热应激改变了肠道微生物的组成，变形菌门在虾类肠道微生物中占据优势，该门在各组的丰度变化表明，氨胁迫和热应激对变形菌门稳态的影响存在差异，即热应激可能会降低变形菌门对宿主代谢和消化的作用，而联合应激则可诱导其功能。拟杆菌门和厚壁菌门都参与发酵并为宿主提供营养物质，厚壁菌门的丰度增加和拟杆菌门的丰度降低表明氨胁迫和热应激可能影响凡纳滨对虾肠道细菌肠道细菌对营养物质的代谢能力。

在纲水平上，α-变形菌纲、*小杆菌纲、β-变形菌纲以及浮霉菌纲在三个应激组的相对丰度降低，而变形菌纲、拟杆菌纲以及芽胞杆菌纲的丰度增加(Fig.1E)。在属水平上，几个优势属在组间表现出明显的差异，作者主要对与宿主健康相关的细菌进行了探究。在三个应激组中，拟杆菌属、Demequina以及魏斯氏菌属增加，但Formosa、Kriegella、Lutimonas、Muricauda、Pandoraea、Rhodopirellula以及Ruegeria减少。拟杆菌属可促进食物消化，Demequina可将淀粉降解为葡萄糖和糊精，魏斯氏菌属能合成菌苗、胞外多糖等有益物质。因此，可推测虾肠道中拟杆菌属、Demequina以及魏斯氏菌属的丰度增加可为宿主提供更多的营养和有益物质以适应这些应激。Ruegeria可降解磷酸三酯，Rhodopirellula可促进全球碳氮循环，Lutimonas可降解氨，这三者丰度下降表明氨和热胁迫可能潜在地影响有机物、氨和磷脂的代谢。此外，TG和AG中弧形菌属增加，而ATG中减少(Fig.1F)。弧形菌属是对虾养殖中危害较大的主要病原菌，该属丰度的增加表明氨胁迫和热应激在虾肠中诱发了一定比例的致病菌，并使机体增加患病风险。

Fig.1.Intestinalmicrobial