si基因敲除揭示鱼类葡萄糖适应能力的三重调控机制及其在水产育种中的应用价值

为解决水产养殖中高成本蛋白饲料和碳水化合物利用效率低的问题，研究人员通过CRISPR/Cas9技术构建斑马鱼si基因敲除模型，发现si?/?突变体在高葡萄糖饮食下生长显著受限（体重下降21.9%-34.7%），并揭示其通过肠道形态-消化吸收-代谢调控三重机制影响葡萄糖利用。该研究为基因编辑改良水产饲料效率提供理论依据。

　　

水产养殖业长期面临两大困境：一是鱼粉、豆粕等蛋白饲料成本高昂且易造成水体氨氮污染；二是鱼类对碳水化合物利用效率低下，高糖饲料常导致生长迟缓、代谢紊乱。尽管已有研究表明银鲳、尼罗罗非鱼等多种鱼类在高糖饮食下出现肝脂堆积、肠道屏障损伤等问题，但调控这一过程的遗传机制尚不明确。在此背景下，中国的研究团队以斑马鱼为模型，聚焦蔗糖酶-异麦芽糖酶基因（si）——这一人类研究中已知影响糖类消化与能量代谢的关键基因，试图破解鱼类葡萄糖适应的分子密码。

研究团队采用CRISPR/Cas9基因组编辑技术构建si基因119 bp缺失的纯合突变体，通过比较野生型与si^?/?斑马鱼在不同饲料条件下的生长表现，结合肠道转录组和肝脏代谢通路分析，系统评估了si基因的功能。关键技术包括：1）设计靶向si基因第一外显子的sgRNA（序列gatcgtccctggttccccag）；2）建立F₂代纯合突变品系；3）45%和36%葡萄糖饲料喂养实验；4）Artemia（卤虫）高蛋白饲料对照实验；5）肠道组织学与转录组测序。

研究结果

高糖饮食下si敲除导致生长缺陷
在45%和36%葡萄糖饲料组中，si^?/?突变体相较野生型体重分别降低21.9%和34.7%（P<0.05），体长和体高也显著下降。但高蛋白饲料组无显著差异，证实si特异性调控葡萄糖适应。

肠道结构与功能紊乱
组织学显示si缺失导致肠道皱襞显著缩短（P<0.0001）且结构紊乱。转录组分析发现葡萄糖代谢通路（GO:0006006）和胰岛素样生长因子受体信号（GO:0048009）基因表达异常。

肝脏代谢通路失调
si敲除干扰肝糖酵解和能量代谢途径，进一步解释生长受限的机制。

讨论与意义
该研究首次在鱼类中揭示si基因通过"肠道形态-消化吸收-代谢调控"三重机制调控葡萄糖适应：1）物理层面，肠道皱襞缩短直接限制吸收面积；2）分子层面，消化酶相关基因表达异常；3）系统层面，肝代谢稳态失衡。这一发现不仅填补了鱼类糖代谢遗传调控的理论空白，更为基因编辑育种提供明确靶点——通过改良si基因或下游通路，有望培育出高效利用碳水化合物的新品种，从而降低饲料成本30%以上（参考文中36%葡萄糖组替代方案）。研究团队指出，未来可结合si基因编辑与微生物制剂开发，协同提升鱼类对植物性饲料的利用率，推动水产养殖业向低碳高效方向发展。

论文发表于《Aquaculture》，通讯作者为Jimei University的Ming Fang，研究获国家自然科学基金（32130110）和福建省种业创新项目（2021FJSCZY01）支持。动物实验经Jimei University伦理委员会批准（20250529898）。