转位后的Mytilus galloprovincialis微生物组的趋同性:对生态可追溯性和水产养殖抗逆性的影响

时间:2026年2月21日
来源:Aquaculture

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本研究调查了从西班牙转运至意大利威尼斯潟湖的贻贝微生物组自然化过程。通过高通量测序分析不同时间点的α和β多样性,发现转运后微生物丰富度和均匀度无显著变化,但群落结构随时间重构趋近本地,表明通过物种更替实现环境适应,为产品溯源提供依据。

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阿里安娜·佩鲁佐(Arianna Peruzzo)| 奥罗拉·达尔洛科(Aurora Dall'Occo)| 皮耶特罗·安东内利(Pietro Antonelli)| 亚历西亚·韦特里(Alessia Vetri)| 朱塞佩·阿尔坎杰利(Giuseppe Arcangeli)| 卡门·洛萨索(Carmen Losasso)
威尼斯实验动物卫生研究所微生物生态与基因组学实验室,意大利莱尼亚罗(Legnaro)大学路10号,邮编35020

摘要

贻贝养殖是欧洲海产品生产中的重要产业,但其可持续性日益受到环境变化、气候压力以及产品来源相关监管复杂性的挑战。将地中海贻贝(Mytilus galloprovincialis)转移到不同地区是常见的做法,旨在优化生长并避免极端温度;然而,这种做法引发了关于生态整合和可追溯性的问题。我们研究了三批贻贝的微生物组“自然化”过程,这些贻贝最初在西班牙养殖,随后被转移到意大利威尼斯泻湖的水产养殖场。通过高通量宏基因组分析,我们在12个月的时间里(分别在暴露期(T1)、29天后(T2)、3个月后(T3)和6个月后(T4)对转移贻贝和本地贻贝的微生物群进行了比较。
在所有时间点,转移贻贝与本地贻贝的α多样性指数(ASV丰富度、香农指数和皮尔乌均匀度)均无显著差异,表明转移后微生物的丰富度和均匀性得到了保持。相比之下,β多样性分析显示微生物群组成随时间逐渐重组,表现为分类单元的更替以及与当地贻贝微生物组的相似度增加。这些结果表明,微生物群的改变主要是通过组成替换实现的,而非整体多样性的变化。分类学分析进一步证实,共享细菌属的比例在3个月和6个月后显著增加,反映了贻贝逐渐适应了新环境。
这些发现表明,转移贻贝的微生物组会向本地种群的特征逐渐转变,支持了基于微生物组的生态适应概念。本研究为利用微生物群动态作为水产养殖物种环境整合的生物学指标提供了实证基础,有助于制定统一的产品来源监管标准,从而促进欧洲贻贝产业的可持续性发展。

引言

贻贝(Mytilus属)是重要的双壳类动物,在温带海洋环境中广泛养殖。在欧盟(EU),Mytilus galloprovincialis是最有价值的水产养殖物种之一,占贝类产量的很大比例,对沿海经济和食品安全都具有重要意义。2020年,欧盟成员国共生产了约43万吨Mytilus属贻贝,其中94%来自水产养殖,使欧洲成为全球第二大生产国(EUMOFA,2020年)。西班牙、法国和意大利是欧盟的主要生产国,荷兰和丹麦也做出了重要贡献。这凸显了贻贝养殖对欧洲水产养殖可持续性和贸易的战略重要性。
然而,贻贝养殖对环境变化非常敏感。生长和存活率受季节性温度变化及浮游植物(其主要食物来源)的可用性影响显著。冬季低温和浮游植物减少会限制生长速度,而夏季高温和低氧水平则可能导致大规模死亡(Garrabou等,2009年;Masanja等,2023年)。气候变化、富营养化和极端天气事件的综合影响给贻贝养殖带来了新的挑战,尤其是在地中海地区的浅海和泻湖系统中。为应对这些环境限制,贻贝养殖者常采用转移策略,即将贻贝从一处养殖地转移到另一处。根据2003/623/CE号决定和欧盟法规2017/625号,这种转移行为得到公共兽医服务的授权(Traces系统)。从大西洋养殖区向地中海盆地的转移是一种常见且具有经济意义的做法。西班牙是向意大利水产养殖场提供贻贝苗种和部分养殖贻贝的主要供应国,意大利的适宜环境条件有利于贻贝的肥育和市场准备。这种转移有助于优化生产周期并缓解季节性环境压力,因此西班牙-意大利之间的转移路径是一个典型的案例研究(Smaal等,2019年)。
虽然转移提高了生产灵活性,但也引发了生态和监管方面的问题。活体双壳类动物的移动可能促进病原体或非本地基因谱系的传播(Svåsand等,2007年;FAO,2022年),可能影响当地生物多样性和疾病动态。此外,转移还增加了产品来源的界定难度,而这是欧盟海产品市场的法律要求。根据欧盟法规1379/2013号,所有渔业和水产养殖产品必须标注其捕捞或生产区域(D'Amico等,2016年)。各国具体实施措施(如意大利的部长令19,105/2017号)进一步规定,标示为“意大利”的双壳类动物必须在其国内水域出生和养殖,除非转移过程有明确记录。这些可追溯性要求确保了透明度和消费者保护,但也给生产者带来了适应环境变化的复杂义务。
一个持续存在的挑战是确定转移贻贝何时能在生态上融入新环境,即何时在生物学意义上“自然化”。已知贻贝相关的微生物群(包括内部(肠道、消化腺)和外部(壳)微生物群)能反映当地环境条件,如温度、盐度和周围浮游微生物群落(Lokmer和Wegner,2015年;Pierce和Ward,2018年)。因此,微生物群组成可作为贻贝所处环境的动态生物指纹,有助于了解转移后的适应过程。先前研究表明,贻贝相关的微生物组会迅速响应环境变化(有时仅需几天时间,Lokmer等,2016b),但在自然养殖条件下,微生物组向本地群落收敛的程度和时间尺度仍缺乏量化。这些研究支持双壳类动物作为“元生物”的观点,即宿主的表现与其动态响应环境的微生物组密切相关(Gignoux-Wolfsohn等,2024年)。在海洋生物中,微生物组重组被认为是适应环境变化的机制,主要通过分类单元的更替实现(Ziegler等,2019年;Pierce和Ward,2019a,2019b)。在双壳类动物中,宿主相关因素和环境因素(如温度、生产力和当地微生物群)共同影响微生物组组成,有证据表明即使发生显著组成替换,微生物群仍能保持多样性(Akter等,2023年;Pierce和Ward,2018年)。最新跨研究综合表明,双壳类动物通常能保持与宿主相关的微生物特征,同时在环境变化时仍会发生重组(Gignoux-Wolfsohn等,2024年;Lokmer等,2016b)。
在这种情况下,微生物组也为生态可追溯性提供了有力工具。如果转移贻贝的微生物群逐渐向本地个体趋同,这种趋同的速度和程度可作为环境整合的指标。这些生物标志物可以补充或细化法规对产品来源的定义,连接生态证据和法律框架。
本研究通过分析从西班牙加利西亚大西洋海岸转移到意大利威尼斯泻湖的水产养殖场的Mytilus galloprovincialis的微生物组动态,探讨了这一可能性。通过12个月的高通量测序和比较宏基因组分析,我们旨在确定转移贻贝的微生物群是否以及能在多大程度上与本地贻贝相似。我们假设长期的环境暴露会推动微生物群的逐步趋同,从而体现生态适应,并为贻贝养殖中的来源概念提供生物学依据。

实验设计与样本处理

研究在意大利威尼斯泻湖的佩莱斯特里纳海(北亚得里亚海)进行。采样时间跨度为12个月(2023年6月至2024年6月),涵盖冷暖季节。每月采集一次本地Mytilus galloprovincialis个体,以捕捉其微生物群的季节性变化。为评估转移贻贝与本地贻贝之间的微生物趋同程度和时间尺度,研究了三批独立的Mytilus galloprovincialis样本。

α多样性

α多样性分析显示,将Mytilus galloprovincialis从西班牙转移到威尼斯泻湖并未显著影响任何一批转移贻贝在整个研究期间的微生物丰富度或均匀度(批次A、批次B和批次C)。所有采样时间点(T1–T4)的扩增子序列变异体(ASVs)数量在本地贻贝和转移贻贝之间无显著差异(NATIVE p-值:0.06;BATCH-A p-值:0.07;BATCH-B p-值:

讨论

本研究结果证实,Mytilus galloprovincialis的微生物组具有高度可塑性,能够在转移后快速适应新环境。本研究的新颖之处在于,在商业养殖条件下记录了微生物组趋同的时间动态,提供了此类响应为逐步且可量化环境整合过程的实证证据。

CRediT作者贡献声明

阿里安娜·佩鲁佐(Arianna Peruzzo):撰写初稿、数据可视化、实验设计、数据分析。奥罗拉·达尔洛科(Aurora Dall'Occo):撰写初稿、实验设计。皮耶特罗·安东内利(Pietro Antonelli):撰写初稿、实验设计、数据管理。亚历西亚·韦特里(Alessia Vetri):撰写初稿、实验设计。朱塞佩·阿尔坎杰利(Giuseppe Arcangeli):撰写初稿、方法学设计。卡门·洛萨索(Carmen Losasso):撰写初稿、项目监督、资源协调、项目管理、方法学设计、资金申请、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢Mitilla 29品牌的洛伦佐(Lorenzo)和詹尼(Genny Busetto)在贻贝供应和科学合作方面的支持。

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