轉(zhuǎn)錄組分析揭示了豆科植物蠶豆（Vicia faba L.）對尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）肌肉質(zhì)量的影響
《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Transcriptome analysis revealed the effects of dietary faba bean (
Vicia faba L.) on muscle quality of Nile tilapia (
Oreochromis niloticus)
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時間：2026年01月10日
來源：Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics 2.2
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尼羅 tilapia 飼喂鷹嘴豆 120 天后肌肉纖維直徑和面積顯著減小（p<0.05），纖維密度顯著增加（p<0.05）。轉(zhuǎn)錄組分析共鑒定 576 個差異表達基因（FDR<0.05），其中 211 個上調(diào)、365 個下調(diào)。肌肉相關(guān)基因（actc1, myo7a 等）表達上調(diào)，而糖酵解基因（gapdh, eno3 等）表達下調(diào)。研究表明鷹嘴豆通過調(diào)控肌纖維重塑和代謝途徑抑制改善 tilapia 肉質(zhì)，為營養(yǎng)強化策略提供分子證據(jù)。
李青青|黃堯|謝曦|梁少文|林莉
廣東省水環(huán)境與水產(chǎn)品安全工程技術(shù)研究中心，廣州水生動物疾病與水禽養(yǎng)殖重點實驗室，仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，中國廣東省廣州市510225
摘要
尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）是一種廣泛養(yǎng)殖的淡水魚。飼喂蠶豆（Vicia faba L.）90-120天后可以提高羅非魚的肌肉質(zhì)量，但其背后的機制尚不清楚。在本研究中，將羅非魚飼喂以蠶豆為基礎(chǔ)的飼料120天以誘導(dǎo)肌肉硬化現(xiàn)象，同時使用普通飼料飼養(yǎng)的羅非魚作為對照組。通過蘇木精和伊紅染色評估肌肉的組織學(xué)特征，并進行轉(zhuǎn)錄組測序以探討與肌肉硬化表型相關(guān)的分子變化。結(jié)果表明，與普通羅非魚相比，硬化羅非魚的纖維直徑和面積顯著減小（p < 0.05），而肌肉纖維密度顯著增加（p < 0.05）。共鑒定出576個差異表達基因（DEGs）（FDR < 0.05），其中211個基因上調(diào)，365個基因下調(diào)。進一步分析顯示，與肌纖維細胞增殖相關(guān)的基因在硬化羅非魚中上調(diào)，而糖酵解途徑受到抑制。與普通羅非魚相比，硬化羅非魚中與肌肉相關(guān)的基因（如actc1、myo7a、cib2、abcf2和pfkfb2）的表達水平顯著升高（p < 0.05），而gapdh、pgam2、eno3和g6pi的表達水平顯著降低（p < 0.05）。研究還發(fā)現(xiàn)了一些差異表達基因和信號通路。這些發(fā)現(xiàn)提供了轉(zhuǎn)錄組證據(jù)，表明飼喂蠶豆可以影響羅非魚的肌肉纖維重塑和代謝調(diào)節(jié)，為通過營養(yǎng)策略改善魚肉質(zhì)量提供了分子基礎(chǔ)。
引言
尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）因其高營養(yǎng)價值、雜食性、對各種環(huán)境條件的強耐受性和較強的抗病性，在100多個國家廣泛養(yǎng)殖（Yá?ez等，2020）。羅非魚已成為僅次于鯉魚的第二大水產(chǎn)養(yǎng)殖物種，年產(chǎn)量超過650萬噸（Cádiz等，2020；Zacharie等，2021）。隨著消費者偏好從數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量，魚肉質(zhì)地、營養(yǎng)價值和風(fēng)味成為市場競爭力的關(guān)鍵因素。在許多地區(qū)，普通羅非魚的供應(yīng)已經(jīng)超過需求，而優(yōu)質(zhì)羅非魚仍供不應(yīng)求，這為開發(fā)提高肉質(zhì)的風(fēng)味策略提供了動力（Bouletis等，2017）。
蠶豆（Vicia faba L.）是世界上最古老的連續(xù)種植作物之一，含有40%-50%的碳水化合物、25%-30%的粗蛋白和10%-15%的粗脂（Singh等，2013）。傳統(tǒng)上，蠶豆作為人類和牲畜的重要植物蛋白來源進行種植（Smit等，2021），近年來它也引起了作為功能性飼料成分的關(guān)注。在中國廣東省，一種僅飼喂蠶豆120天的優(yōu)質(zhì)草魚變種——硬化草魚（Ctenopharyngodon idellus）已成為重要的經(jīng)濟養(yǎng)殖魚類（Tian等，2018；Yu等，2020）。與普通草魚相比，硬化草魚的肌肉纖維直徑更短、纖維密度更高、膠原蛋白含量更多（Fu等，2022），因此肉質(zhì)更緊實。研究表明，飼喂蠶豆還可以改善羅非魚（Li等，2022）和黃河鯉魚（Cyprinus carpio）（Song等，2022）的緊實度和口感，表明蠶豆誘導(dǎo)的“硬化”可能是一種普遍適用的方法來提升養(yǎng)殖魚類的品質(zhì)。
盡管已在草魚中研究了肌肉硬化現(xiàn)象，但其背后的機制仍不完全清楚，似乎涉及肌肉生長重塑和代謝調(diào)節(jié)。對普通草魚和硬化草魚肌肉組織的轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)，背肌中有197個差異表達基因（DEGs）（Tian等，2020），其中包括4個與肌細胞發(fā)育相關(guān)的下調(diào)基因和12個與肌纖維成分相關(guān)的基因。此外，在硬化草魚的肌肉組織中鑒定出幾個顯著下調(diào)的基因，這些基因與氧氣運輸、線粒體呼吸鏈和肌酸代謝有關(guān)，表明能量利用減少，同時還有與肌纖維細胞增殖相關(guān)的上調(diào)基因（Xu等，2020）。另一項研究發(fā)現(xiàn)，硬化草魚肌肉組織中的上調(diào)基因與緊密連接的形成和核因子-κB信號通路有關(guān)（Xu等，2020）。草魚的肌肉硬化主要與肌肉纖維增生、膠原沉積改變、糖酵解代謝抑制以及生長和重塑相關(guān)信號通路的激活有關(guān)，包括NF-κB和Hippo信號通路。然而，這些發(fā)現(xiàn)主要是物種特異性的，目前尚不清楚羅非魚的肌肉硬化是否遵循與草魚相同的分子機制。與草魚相比，羅非魚在生長速度、肌肉組成和代謝特性方面存在差異，因此尚不清楚蠶豆誘導(dǎo)的羅非魚肌肉硬化是否遵循相同的分子機制。重要的是，關(guān)于硬化羅非魚肌肉的轉(zhuǎn)錄組證據(jù)仍然有限，這是一個重要的知識空白。
轉(zhuǎn)錄組分析用于研究信使RNA（mRNA）以及非編碼RNA（如長鏈非編碼RNA、microRNA和環(huán)狀RNA）如何調(diào)節(jié)肌肉組織的特定表型（Li等，2016）。RNA轉(zhuǎn)錄本可以通過競爭性內(nèi)源性RNA相互作用，表明存在調(diào)節(jié)生物過程的內(nèi)在機制（Chen等，2017）。因此，對硬化羅非魚進行轉(zhuǎn)錄組分析有助于識別與草魚共有的保守通路，并發(fā)現(xiàn)可能解釋肌肉硬化表型的羅非魚特異性機制。
因此，本研究的目的是通過蘇木精和伊紅（H&E）染色比較硬化羅非魚和普通羅非魚肌肉組織的微觀結(jié)構(gòu)，并通過轉(zhuǎn)錄組分析闡明硬化羅非魚肌肉表型相關(guān)的機制。通過整合組織學(xué)和轉(zhuǎn)錄組證據(jù)，本研究旨在明確羅非魚的肌肉硬化是否僅由肌肉纖維增生驅(qū)動（如草魚中的情況），或者是否有額外的結(jié)構(gòu)和代謝調(diào)節(jié)機制參與了高密度、細纖維肌肉的形成，從而提高魚肉質(zhì)量。
樣本收集
從中國廣東省中山市的一個水產(chǎn)養(yǎng)殖場獲得了硬化羅非魚（體重：968.33 ± 122.24克，體長：33.81 ± 1.37厘米）和普通羅非魚（體重：1028.33 ± 138.95克，體長：33.75 ± 2.27厘米）（每組18條）。魚被隨機分配到兩種不同的飼料處理組，并在相同的養(yǎng)殖條件下飼養(yǎng)，包括水溫、溶解氧、光照周期和放養(yǎng)密度。
組織學(xué)分析
硬化羅非魚的纖維直徑更小，肌肉密度更高，肌肉纖維之間的間隙也更寬（見圖1）。與普通羅非魚相比，硬化羅非魚的肌肉纖維直徑顯著減小（分別為86.82 ± 2.6微米 vs 50.28 ± 3.66微米，p < 0.05），肌肉纖維面積也顯著減小（分別為9101.33 ± 207.73微米2 vs 4119.67 ± 199.87微米2，p < 0.05），而肌肉纖維密度顯著增加（分別為62.67 ± 2.87纖維/毫米 vs 186.67 ± 5.73纖維/毫米）。
討論
羅非魚是一種雜食性魚類，主要以植物性食物為食，由于營養(yǎng)價值高、耐高密度養(yǎng)殖環(huán)境能力強和抗病性強而被廣泛養(yǎng)殖（Wang和Li，2011）。然而，羅非魚的肉質(zhì)較厚，處理不當(dāng)會破壞其風(fēng)味，從而降低吸引力。飼喂蠶豆可以使其肉質(zhì)變得緊實且有嚼勁，同時增加蛋白質(zhì)含量（Yu等，2019）。肌肉結(jié)構(gòu)和組成
結(jié)論
本研究采用高通量測序和嚴格的分析流程建立了硬化羅非魚的全面轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫。共鑒定出576個差異表達基因（DEGs）。值得注意的是，與肌肉結(jié)構(gòu)相關(guān)的基因在硬化羅非魚中上調(diào)，而與糖酵解途徑相關(guān)的基因下調(diào)。肌肉密度的顯著增加與硬化羅非魚的肌肉硬化有關(guān)。本研究的結(jié)果為未來的研究提供了基礎(chǔ)。
作者貢獻聲明
李青青：撰寫初稿、進行研究、爭取資金。黃堯：數(shù)據(jù)管理。謝曦：監(jiān)督。梁少文：正式分析。林莉：撰寫、審稿與編輯、監(jiān)督、爭取資金。
未引用參考文獻
Li和Liu，2022
致謝
本研究得到了廣州市重點研發(fā)計劃 [202103000067]、花都漁業(yè)工業(yè)園區(qū)公共科學(xué)品牌與標(biāo)準建設(shè) [21302156]和廣東省農(nóng)村科技 commissioner for towns and villages [KTP20240129]的支持。
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