重点实验室在斑石鲷杂食摄食习性与纤维素消化机制方面获新进展

　　

近日，国际生化与分子生物学Top期刊International Journal of Biological Macromolecules （CAS/JCR 双1区，IF=7.7）报道了中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室李军研究团队在重要海水养殖鱼类斑石鲷摄食习性和纤维素消化机制研究方面的最新结果，为深入理解斑石鲷食性特点及研制针对性配合饲料提供了依据。

斑石鲷纤维素消化机制研究设计

斑石鲷作为一种重要的新开发海水养殖鱼类，传统上被认为是典型的肉食性鱼类，以其独特的喙状愈合齿能够摄食牡蛎、海胆等硬壳类食物而闻名。李军研究团队在基于microCT 3D扫描成像技术首次揭示斑石鲷的喙状愈合齿呈“嵌套”排布模式基础上（Ma et al., 2023），首次发现斑石鲷肠道内存在高水平的纤维素酶活性，酶活力高达4800.15 U/g，表明斑石鲷实际上具备消化植食性饵料的能力。针对斑石鲷摄食习性不明以及纤维素消化机制不清楚的难题，团队综合采用胃内含物解剖、DNA条形码技术以及食性诱导行为学实验，对斑石鲷野生幼鱼及成鱼摄食习性进行了全面研究，结果发现，斑石鲷不仅摄食动物性饵料，如节肢动物、环节动物等，还摄食多种藻类，如Bacillariophyta门（1.12 %）、Streptomyces门（0.55 %）、Chlorophyta门（0.35 %）、Rhodophyta门（0.16 %）和Euglenophyta门（0.19 %）。摄食行为学实验也证实斑石鲷喜食坛紫菜等藻类，研究证实斑石鲷为杂食性摄食习性。

斑石鲷杂食食性确定研究

研究团队通过酶联免疫吸附测定技术（ELISA）发现，斑石鲷在胚胎期就已具备纤维素酶活性，且存在母源垂直传递现象。这一发现不仅揭示了斑石鲷纤维素消化的早期起源，也为理解其纤维素消化机制提供了新视角。团队进一步采用全基因组扫描和肠道转录组高通量测序技术揭示斑石鲷基因组中只含有一个纤维素分解限速酶β-glucosidase基因，而缺乏β-1,4-内切葡聚糖酶和β-1,4-外切葡聚糖酶，这意味着斑石鲷自身无法独立完成纤维素的分解消化。然而，肠道微生物的参与弥补了这一缺陷，肠道微生物扩增子和宏基因组分析发现三种高丰度的纤维素分解微生物（Actinobacteria 25.80%、Bacteroidetes 18.93%和Firmicutes 0.82%）在斑石鲷的纤维素消化过程中发挥了关键作用。此外，蛋白组学和组织特异性qPCR及FISH技术的应用，首次揭示了β-glucosidase基因在斑石鲷雄性精子发育供能过程中的重要作用，展现了该基因功能的多样性。研究不仅澄清了斑石鲷的摄食习性，还深入解析了其纤维素消化的分子机制，为斑石鲷高效养殖的饲料精准开发奠定了理论依据。研究成果不仅对我国海水养殖业的绿色发展和可持续发展具有重要意义，也为全球海洋生物资源的科学管理和合理利用开辟了新途径。

斑石鲷肠道微生物组成、β-glucosidase mRNA和蛋白表达水平以及细胞定位

中国科学院海洋研究所为文章第一完成单位，博士研究生吴燕铎和肖永双副研究员为论文第一作者，肖永双副研究员和李军研究员为文章共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目（前沿交叉类）等项目联合资助。

文章目录：

Yanduo Wu#, Yongshuang Xiao#*, Zhizhong Xiao, Wensheng Li, Jun Li*, Angel Herrera-Ulloa. Exploration and origin studies of high levels of β-glucosidase in carnivorous fishes spotted knifejaw (Oplegnathus punctatus). International Journal of Biological Macromolecules, 2024, 273:132929. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132929.

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132929.