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一篇文章看代谢组如何应用于水产研究

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    发表于 2017.5.3 09:38:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
    海洋生物为我们提供了蛋白质等营养,是人们不可缺少的重要营养来源,因此水产养殖业具有非常重要的地位。目前在水生动物的科学研究中,基因组、转录组、蛋白质组等组学已经得到广泛应用了。

    近年来,代谢组在医学研究、植物研究、微生物研究方面得到越来越多的关注和应用,在水产养殖方面,同样也是一个非常有应用前景的“新组学”,因为代谢组学所研究的小分子代谢物能够直接指示水体环境、养殖条件等对水生动物的影响,可作为非常有力的生物标记物。

    目前,代谢组学已经应用到水产研究中的各个方面。2016年发表在《Reviews in Aquaculture》的一篇综述[1]就总结了从2000年到2014年间发表的水产代谢组文章(下图),应用代谢组最多的领域是Toxicology & risk assessment,这是由于水环境污染、农药残留等对水产养殖业造成的影响非常严重,因此研究也是最多的。然后就是环境应激、营养饮食、疾病免疫等与水产养殖业息息相关的领域。这篇综述列举了这些年来代谢组在水产研究方面的代表性文章,建议大家下载看看。




    下面我们来具体解读一篇文章,看看代谢组学如何应用到水生动物的疾病免疫研究方面。

    文章题目:利用代谢组学筛选鲫鱼感染爱德华氏菌的生物标记物[2]



    这是中山大学彭宣宪课题组在2014年发表在《Fish & Shellfish Immunology》上的一篇文章,《Fish & Shellfish Immunology》是水产研究中的一本顶级杂志,影响因子3.025分。

    研究目的

    由细菌感染引起的疾病对水产养殖业造成了巨大的损失。因此,了解水生动物防御细菌感染的免疫机制,对防控细菌感染疾病、提高产量和食品安全具有重要的意义。本文目的在于找出能够区分细菌感染后存活和死亡鲫鱼的代谢物和信号通路。

    实验设计

    12条鲫鱼,取半数致死剂量(LD50)的爱德华氏菌感染前和感染24h后的血浆样本,GC-MS检测代谢组。感染后样本又分为存活组和死亡组,每组6条鲫鱼。



    研究结果

    1.差异代谢物分析

    共检测出67个代谢物,包括氨基酸、碳水化合物、脂质、核苷酸。对死亡组和存活组与感染前组进行对比,筛选差异代谢物,发现死亡组和存活组的差异代谢物具有不同的变化趋势(图1),在存活组中,脂质和氨基酸的含量显著增加,碳水化合物的含量显著降低(图2)。


    图1 死亡组(A)与存活组(B)的差异代谢物。深蓝色:感染前样本;紫色:死亡组样本;浅蓝色:存活组样本


    图2 差异代谢物类型统计

    2.代谢物分子标记物筛选

    1)信号通路biomarker

    代谢通路分析结果发现,不饱和脂肪酸生物合成通路和果糖甘露糖代谢通路中的差异代谢物在死亡组和存活组中表达趋势相反(图3),说明这两条信号通路能够区分开感染爱德华氏菌后存活的和死亡的鲫鱼。


    图3 代谢通路分析。红色:上调;绿色:下调

    2)代谢物biomarker
    OPLS-DA分析结果显示,软脂酸和D-甘露糖为在存活组和死亡组中差异最显著的代谢物(图4 C)。另外对这两种物质在感染前组和感染组中进行浓度测定,也证明了软脂酸在存活组中浓度显著升高(图4 D),D-甘露糖在死亡组中浓度显著升高(图4 E)。因此可作为区分感染爱德华氏菌后存活的和死亡的鲫鱼的代谢分子标记物。


    图4 代谢物biomarker筛选与验证

    讨论与小结


    果糖甘露糖代谢通路可介导细菌的内吞作用,帮助细菌进入宿主细胞,释放毒素。本文研究结果也找出了果糖甘露糖代谢通路在死亡组和存活组中表现出相反的变化趋势,D-甘露糖在死亡组中浓度显著升高,证明了D-甘露糖可作为区分死亡与存活鲫鱼的代谢物biomarker。有报道指出不饱和脂肪酸可参与免疫调控,减缓炎症反应。本文研究结果发现不饱和脂肪酸生物合成通路在死亡组和存活组中表现出相反的变化趋势,软脂酸在存活组中浓度显著升高,证明了软脂酸可作为区分死亡与存活鲫鱼的代谢物biomarker。

    参考文献:
    [1] Alfaro A C, Young T. Showcasing metabolomic applications in aquaculture: a review[J]. Reviews in Aquaculture, 2016.
    [2] Guo C, Huang X, Yang M, et al. GC/MS-based metabolomics approach to identify biomarkers differentiating survivals from death in crucian carps infected by Edwardsiella tarda[J]. Fish & Shellfish Immunology, 2014, 39(2): 215-222.


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