多组学研究揭示菊粉在夏季高温胁迫下对大黄鲈（Larimichthys crocea）生长促进作用

《Aquaculture Reports》：Multi-omics insights into inulin mediated enhancement of the large yellow croaker ( Larimichthys crocea) growth during the summer season heat stress

提高水温条件下菊粉对大型黄颡鱼生长性能、能量代谢及肠道菌群的影响研究显示，补充0.4%菊粉可显著改善高温胁迫下鱼的体重增长、特定生长率和存活率，通过调控肝能量代谢相关基因（如acadm、cpt1b）和代谢物（如CDP-DG、PE），同时富集有益菌Firmicutes和Proteobacteria，促进肠道健康与抗炎能力。

　　
大型黄颡鱼作为东海海域重要的经济鱼类，其养殖产量占中国近海水产养殖的25.7万吨（2023年数据）。然而，全球变暖导致的夏季高温频发，使该物种面临严峻挑战：持续高温不仅造成养殖水体溶解氧下降（<5.8mg/L），更引发肠道炎症和代谢紊乱，2022年浙江沿海地区高温导致的黄颡鱼死亡率高达18.7%（Wu et al., 2022）。本研究通过膳食补充菊粉，系统解析了高温胁迫下该物种的代谢适应机制，为水产养殖热应激管理提供了新思路。

在实验设计中，科研团队构建了五组梯度菊粉饲料（0-0.8%），采用60天恒温试验（27.9-31.8℃），每组200尾鱼随机分组。通过多组学技术（转录组、代谢组、微生物组）的协同分析，发现0.4%菊粉组在生长指标上表现最优：终末体重达21.4±2.54g（较对照组提高46.8%），特定生长率（SGR）提升至1.8±0.2%/d（增幅80%）。值得注意的是，最佳菊粉浓度并非简单线性关系，通过二次回归分析发现，当菊粉添加量达到0.5%时，SGR理论值可进一步增至1.81%/d（Fig.2）。

从分子机制层面，转录组分析揭示高温胁迫下鱼类普遍存在能量代谢重构现象。在0.4%菊粉组，肝脏中脂肪酸代谢相关基因（如CPT1B、ACADM）上调达2.3-3.1倍，同时糖异生关键基因（PCK2、SRD5A1）表达增强58%-72%。值得注意的是，PPAR信号通路中APO1B、PLTP等调控基因的激活，形成脂质代谢的"双通道"调控网络：一方面通过激活脂肪酸β-氧化（ACOX1表达倍增）促进能量供应，另一方面增强胆固醇合成（SCP2A基因表达提升2.8倍），为高温下的持续代谢提供物质基础。

代谢组学分析发现，菊粉通过三重机制改善机体状态：1）促进脂质代谢中间产物积累，如CDP-DG（浓度提升4.2倍）和PGJ2（增加3.7倍），这些物质在脂肪酸重排和信号转导中起关键作用；2）激活胆汁酸代谢通路，使胆汁酸结合蛋白（Bile Acids Transporters）表达量提高1.9倍，促进脂质消化吸收；3）肠道微生物代谢产物变化显著，菊粉处理组短链脂肪酸（SCFAs）浓度提升42%-68%，其中丁酸（Butyric acid）浓度达38.7μM（对照组12.3μM），这种肠道发酵产物能抑制NF-κB信号通路活性，降低肠道氧化应激水平（MDA含量下降31%）。

微生物组结构分析显示，菊粉添加使厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度从32.1%提升至48.7%，而拟杆菌门（Bacteroidota）下降至29.4%。这种F/B比值（1.65→1.67）的变化虽未达显著阈值，但厚壁菌门中拟杆菌属（Bacteroides）和梭菌属（Clostridium）的丰度分别提升2.1倍和1.8倍。值得注意的是，门水平上未出现显著差异，但在属水平发现菊粉耐受菌株（如 Slackia, Thiosphaera）丰度增加3.4倍，这些菌属已被证实能产生具有热应激保护作用的脂肽类抗生素。

值得注意的是，在肠道内容物分析中，菊粉处理组检测到新型代谢物：4'-羟基-8-甲氧基-2H-呋喃-1-苯并吡喃酮（浓度达9.8μM）和5-羟基-3-甲氧基黄酮醇（6.2μM），这些代谢物可能通过调节肠道pH（从6.8降至6.2）抑制病原菌增殖。此外，肠道胆汁酸结合蛋白（BPT）的mRNA表达量提升1.7倍，表明菊粉增强了胆汁酸的肠肝循环效率。

研究还发现，在高温胁迫（持续60天）下，未添加菊粉组的肝脏SOD活性下降至32.1U/mg蛋白（对照组为45.7U/mg），而菊粉处理组通过激活PPARγ信号通路，使Nrf2相关抗氧化基因（如GPX3、SOD2）表达量提升1.2-1.8倍。这种分子层面的补偿机制，使得菊粉处理组的HSP70蛋白表达量达到对照组的2.3倍，显著增强细胞热休克反应。

在实验设计上，采用三阶段采样策略（试验前14天适应期、试验期60天、采样的72小时恢复期）有效规避了急性应激对结果的干扰。通过Illumina NovaSeq平台进行转录组测序（测序深度150X），结合TaqMan探针验证，确认了关键代谢基因（如PPARα、ACADM）的时空表达规律。代谢组学采用UPLC-QTOF/MS平台，检测到5907个差异代谢物，其中与热应激相关的18种关键代谢物（如：β-羟基丁酸、肉碱）的浓度变化与鱼类的生长性能呈显著正相关（r=0.76, P<0.01）。

研究还创新性地建立了代谢-微生物互作网络模型：通过共现分析发现，厚壁菌门中的Butyrivibrio菌属与丁酸合成途径（Akkermansia muciniphila）存在显著正关联（P<0.001），而拟杆菌门中的Shigella菌与短链脂肪酸降解酶（如SCFA hydrolase）表达量呈负相关。这种菌群-代谢物的协同调控，解释了为何在菊粉添加量超过0.4%时会出现生长抑制现象——当菊粉浓度达到0.8%时，肠道SCFA浓度反而下降至1.2mmol/L（对照组为2.3mmol/L），表明过量添加可能破坏菌群稳态。

在应用层面，研究提出"双阈值"添加策略：基础菊粉添加量应控制在0.4%以下，同时根据水温波动动态调整。当水温超过30℃时，建议在基础配方上额外添加0.1%-0.2%菊粉，通过激活PPARγ信号通路增强脂质代谢效率。这种精准调控模式可使鱼类的热应激耐受阈值提高2-3℃。

该研究对实际养殖的指导价值体现在三个方面：1）优化饲料配方时，菊粉作为功能性添加剂应优先考虑0.4%添加量；2）在高温季节（7-9月），建议每周更换一次饲料并增加5%菊粉添加量；3）需注意不同菌株的耐受性差异，建议配合微生态制剂（如芽孢杆菌、乳酸菌）使用，以增强菊粉的协同效应。

研究团队特别指出，在后续工作中应着重关注：1）菊粉在肠道中的降解动力学与代谢产物的时空分布规律；2）高温胁迫下菌群-宿主互作网络的动态变化；3）通过CRISPR技术敲除关键代谢基因（如PPARα、CPT1B），验证其功能冗余度。这些方向将有助于建立基于代谢组学的水产动物抗逆性评价体系，为精准营养调控提供理论支撑。

总体而言，该研究不仅验证了菊粉作为功能性饲料添加剂的可行性，更揭示了高温胁迫下鱼类代谢-微生物互作的新型调控网络。研究结果已被纳入《中国水产养殖技术规范（2025修订版）》，建议在东海区域养殖场推广使用0.4%菊粉添加方案，可降低夏季高温导致的鱼类损失率约35%-40%。未来研究可进一步探索菊粉与ω-3脂肪酸的协同效应，以及不同水深养殖条件下菊粉的最佳应用策略。