菲律宾蛤仔抗溶藻弧菌杂种优势的分子探秘：开启贝类育种新征程

时间：2025年4月23日

来源：Aquaculture Reports

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在水产养殖中，溶藻弧菌（V. alginolyticus）致使贝类大量死亡，为解决这一问题，研究人员对菲律宾蛤仔（R. philippinarum）进行种内杂交研究。结果发现杂交子代抗溶藻弧菌存在杂种优势，这为贝类育种提供了重要参考。

在水产养殖的大舞台上，溶藻弧菌就像一个可怕的 “杀手”，给贝类养殖带来了巨大的灾难。随着全球海洋温度上升、养殖密度增加以及沿海滩涂环境恶化，水产养殖疾病频发。溶藻弧菌广泛分布于海水和河口水域，是海洋养殖动物的主要病原体之一，能引发多种疾病，导致贝类大规模死亡，造成巨大经济损失。比如，它曾让某养殖场的菲律宾蛤仔幼虫大量死亡，给养殖户带来沉重打击。而且，它还是人类食源性疾病的重要致病菌，威胁着人们的健康。

菲律宾蛤仔作为一种重要的经济贝类，其养殖规模不断扩大。然而，频繁的溶藻弧菌感染使得菲律宾蛤仔养殖面临严峻挑战。由于贝类缺乏适应性免疫系统，疫苗难以在开放养殖环境中发挥作用，因此，通过遗传改良提高其抗病能力成为解决问题的关键。杂种优势现象在生物界普遍存在，在贝类养殖中，杂交育种是一种有效的遗传改良手段。但目前对于菲律宾蛤仔种内杂交能否提高对溶藻弧菌的抗性以及其杂种优势的分子机制尚不明确。

为了揭开这些谜团，国内研究人员开展了深入研究。他们从大连金石滩和威海镆铘岛采集了两个野生菲律宾蛤仔种群，进行全双列杂交实验，获得杂交子代（D♀×W♂ (DW) 和 W♀×D♂ (WD)）和近交子代（D♀×D♂ (DD) 和 W♀×W♂ (WW)）。在子代 4 月龄时，用溶藻弧菌对其进行攻毒实验，计算杂种优势，并通过转录组测序和加权基因共表达网络分析（WGCNA）挖掘与杂种优势相关的差异表达基因和关键基因模块，探索杂种优势的分子机制。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是进行杂交实验获得不同子代，并设置溶藻弧菌攻毒实验组和对照组；二是提取样本 RNA 并构建 cDNA 文库；三是利用 Illumina NovaSeq 6000 进行转录组测序，对数据进行质量控制、组装和注释；四是使用 DESeq2 R 包分析差异表达基因（DEGs），进行 GO 和 KEGG 富集分析；五是运用 WGCNA 构建基因共表达网络，筛选关键模块；六是通过 qRT-PCR 验证 RNA-seq 结果。

研究结果

蛤仔存活率分析：在溶藻弧菌攻毒实验中，对照组未出现死亡个体。攻毒 14 天后，杂交子代的存活率显著高于近交子代（P＜0.05），表现出杂种优势。其中，杂交子代 WD 组存活率最高，为 68.88%，DW 组为 64.66%；近交子代 DD 组存活率最低，为 30%，WW 组为 43.88% 。
转录组测序：对 24 个样本进行测序，获得 1189,984,318 条 Raw Reads，经过质量控制后得到 1149,023,374 条 Clean Reads，Q20 大于 98.92%，Q30 大于 96.79%，GC 含量在 35.52% - 40.58% 之间。处理后的样本 Illumina 原始读数存入 NCBI SRA 数据库，登录号为 PRJNA1139995。
差异表达分析：在杂交子代和近交子代感染溶藻弧菌的样本中鉴定出差异表达基因。DW_V vs DW_C 组有 548 个 DEGs，其中 353 个显著上调，195 个下调；DD_V vs DD_C 组有 399 个 DEGs，339 个上调，60 个下调；WD_V vs WD_C 组有 260 个 DEGs，144 个上调，116 个下调；WW_V vs WW_C 组有 520 个 DEGs，245 个上调，275 个下调。通过绘制热图、维恩图展示了不同比较组合中 DEGs 的表达情况。发现杂交子代有 100 个共同 DEGs，近交子代有 78 个共同 DEGs，还有 35 个共同 DEGs 显著富集在蛋白质在内质网加工、内吞作用等 KEGG 通路中。
基因功能注释和分类：GO 富集分析表明，不同比较组的 DEGs 在生物过程、细胞组成和分子功能方面存在差异。如 DW_V vs DW_C 组主要富集在蛋白质折叠、细胞外区域部分和未折叠蛋白质结合等；DD_V vs DD_C 组主要富集在转录调控、细胞外区域和序列特异性 DNA 结合等。KEGG 富集结果显示，不同组的 DEGs 富集在不同的通路中，多个组中蛋白质在内质网加工通路最为显著。
基因共表达网络的构建：筛选出 46,266 个基因进行 WGCNA 分析，最终将基因分为 58 个共表达模块。鉴定出与溶藻弧菌胁迫相关的关键模块紫色模块，该模块有 609 个基因，与各攻毒组呈正相关，与对照组呈负相关，包含TRAF6、TNFSF13等基因，其在杂交子代中的表达水平高于近交子代。还发现与杂种优势相关的暗绿色模块，有 349 个基因，与杂交子代攻毒组正相关，与其他组负相关，该模块基因显著富集在吞噬体通路中。
RNA-Seq 结果的 qRT-PCR 验证：选择 10 个免疫和炎症相关基因进行 qRT-PCR 验证，结果显示这些基因在各组中大多显著上调，且杂交子代中TRAF6、TLR4、IL17等多个基因的表达高于近交子代，表明 qRT-PCR 结果与 RNA-seq 结果基本一致。

研究表明，菲律宾蛤仔大连金石滩和威海镆铘岛种群的杂交子代对溶藻弧菌具有杂种优势。杂交子代中免疫基因和炎症因子如Hsp70、TNFSF13、TRAF6、IFI44、IL17等的 mRNA 表达水平高于近交子代，可能是杂种优势的原因之一。通过 WGCNA 分析发现，杂种优势模块（暗绿色模块）中的基因显著富集在吞噬体通路，这也可能与杂种优势有关。

这项研究为菲律宾蛤仔的杂交育种策略提供了重要的理论依据，有助于培育抗溶藻弧菌的新品种，对保护海洋资源、促进渔业可持续发展具有重要意义。同时，研究中发现的关键基因和通路为水产养殖抗病育种提供了潜在的应用方向。不过，该研究也存在一定局限性，如缺乏蛋白质水平的验证等，未来可进一步深入研究。总体而言，该研究成果发表在《Aquaculture Reports》，为相关领域的研究开辟了新的道路，为解决水产养殖中的疾病问题带来了新的希望。