期刊：《Frontiers in Genetic》
影响因子：4.599
文章题目：Metabolome and Transcriptome Analysis of Liver and Oocytes of Schizothorax o’connori Raised in Captivity
技术手段：RNA-seq，qRT-PCR，LC-MS非靶向代谢
派森诺生物与河南农业大学携手合作，于近期在《Frontiers in Genetic》上发表了首次探究驯养条件下异齿裂腹鱼繁殖功能障碍的营养组学研究成果。
异齿裂腹鱼属于裂腹鱼亚科鱼类，藏语称“棒棒鱼”，是裂腹鱼亚科中具有代表性的四倍体物种，主要分布于雅鲁藏布江干流和支流中，属于青藏高原重要的特有鱼类。目前，由于河流筑坝和过度捕捞，裂腹鱼类的野生资源已经呈逐年下降的趋势。人工养殖亲鱼的培育是异齿裂腹鱼野外资源恢复的有效手段之一，然而，在人工养殖条件下异齿裂腹鱼不能进行正常的性腺发育和成熟，导致驯养条件下异齿裂腹鱼的繁殖功能障碍。
多项研究表明，鱼类繁殖功能障碍是由于人工养殖条件下的综合应激，特别是脂肪酸、维生素等营养因素对卵细胞质量和繁殖功能起着重要作用，从营养组学的角度探究驯养条件下异齿裂腹鱼繁殖功能障碍，以了解在人工驯养条件下对异齿裂腹鱼卵母细胞和肝脏的影响，为获得异齿裂腹鱼的全人工繁育提供基础数据。
研究结果
1. 组织学分析
图1 野生和人工驯养条件下异齿裂腹鱼的卵母细胞和肝脏
与野生组相比（图1A,B），人工养殖条件下异齿裂腹鱼的的卵巢中有许多闭锁的卵母细胞，绒毛膜和卵泡的细胞层也有不规则的收缩和折叠（图1C,D）。肝细胞在野生型中分布均匀(图1E)，但在人工驯养条件下的细胞核是缺失的或被推到细胞边缘，并且细胞质在肝脏内发生液化(图1F)。
2. 代谢组学分析
图2 差异代谢物统计和热图分析
利用LC-MS对代谢产物进行分析，共得到5129个离子峰。PCA、PLS-DA和OPLSDA结果显示，野生组和人工养殖组的肝脏和卵母细胞均有明显差异，反映出不同组间代谢差异显著。所有样本都在95%置信区间内。
与自建数据库比对，共鉴定到233种代谢物。在卵母细胞中（OD和OW组）共有37个差异代谢物（18个下调，19 上调）。这些差异代谢物包括许多与卵巢发育相关的代谢物，如孕烯醇酮、前列腺素F3a (PGF3a)、花生四烯酸(ARA)、5 '-二磷酸腺苷(ADP)和一磷酸腺苷(AMP)。在肝脏中（LD与LW组）共有70个差异代谢物（45个下调，25个上调）。
KEGG富集分析显示，卵母细胞中只有两条通路显著富集，即精氨酸、脯氨酸代谢和亚油酸代谢。肝脏中有五个显著富集的通路包括不饱和脂肪酸的生物合成、嘧啶代谢、 ABC转运蛋白、淀粉和蔗糖代谢以及脂肪酸的生物合成。
3. 转录组学分析
图3 饱和曲线和热图分析
为进一步了解人工驯养条件下异齿裂腹鱼的基因表达的变化，我们使用RNA-seq进行转录组学分析。经数据过滤后，共获得658.68 M clean reads。饱和曲线分析表明，基因定量结果可靠(图3A)。聚类热图分析显示每个组的生物学重复基本聚在一起，表明组内重复性较好(图3B,C)。
图4 差异表达基因火山图和热图分析
LD与LW组中共鉴定到2,841个差异基因(1,285个上调，1,556个下调)，OD与OW组中有159个差异基因(80个上调，79个下调)(图4A-C)。
图5 GO和KEGG富集分析
图5展示了LD与LW组中前10个显著富集的GO条目和通路，包括原核生物碳固定通路、PPAR信号通路配体-受体相互作用、丙酸代谢和碳代谢。而OD和OW组中只有一个GO 条目和通路显著富集，即细胞生长和死亡通路。
图6 RNA-seq和qRT-PCR的相关性分析
基于DEG富集分析结果，对与脂肪酸合成、不饱和脂肪酸合成、淀粉和蔗糖代谢相关的10个DEG (ACACA、ELOV6、FADS2、FAS、PGM1、SCD5、LYAG、G6PC3、HXK2和ACBG1)进行qRT-PCR验证。结果显示RNA-seq和qRT-PCR数据之间有很强的相关性，表明RNA-seq数据的可靠性(图6)。
4. 代谢组和转录组联合分析
图7 联合分析
代谢组学和转录组学数据的比较表明，肝脏中存在三个共同的显著富集通路，即不饱和脂肪酸的生物合成、淀粉和蔗糖的代谢和脂肪酸的生物合成，多个代谢物-基因对与5 '-二磷酸腺苷、一磷酸腺苷和孕烯醇酮有关，这些研究结果表明，在异齿裂腹鱼的人工养殖中应特别注意脂肪酸的组成和摄入量。
结论
本研究首次对野生和驯养异齿裂腹鱼的肝脏和卵母细胞进行组织学比较，并通过代谢组和转录组学的联合研究。文章综述了人工养殖过程中肝脏和卵母细胞代谢和转录组的变化。在卵母细胞中，一些差异代谢物和基因与孕激素介导的卵细胞成熟通路有关。在肝脏中，差异代谢物和基因在不饱和脂肪酸合成、淀粉和蔗糖代谢和脂肪酸合成通路显著富集，表明这些可能是人工养殖过程中的关键代谢通路，为获得异齿裂腹鱼的全人工繁育提供基础数据。
本研究的RNA-seq和LC-MS均由上海派森诺生物科技有限公司完成。