2区4.2分！转录组+16S rRNA测序生信分析首次揭示：氨氮暴露下诱导黄颡鱼早期发育过程中5-HT表达升高、鳃转录组重编程及微生物群落失调！

循环水养殖系统中积累的氨氮严重威胁鱼类健康，但对鱼类早期发育阶段的影响尚不明确。本研究以黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）仔鱼和幼鱼为模型，设置不同总氨氮浓度（仔鱼：0、10、20 mg/L；幼鱼：0、25、125 mg/L），综合评估氨暴露对鳃组织转录组、微生物群以及血清素能调控的影响。免疫荧光显示，5-HT信号在仔鱼期分布于体表，幼鱼期转移至鳃丝，证实了从皮肤呼吸向鳃呼吸的转变。氨暴露显著降低成活率、损伤鳃结构、上调5-HT表达及tph1b、slc6a4b等基因。转录组分析揭示低氨胁迫下MAPK通路、铁死亡富集，高氨胁迫下转向谷氨酰胺合成依赖及坏死性凋亡。16S测序显示，氨暴露后机会致病菌Pseudomonas属丰度从37%飙升至72%，而超强抗逆菌Deinococcota从43%骤降至5%，β多样性显著下降。本研究首次阐明了氨暴露对早期鱼类呼吸的血清素能调控机制及鳃黏膜微生态失衡的新视角。

今天给大家解读一篇4月发表在《Microorganisms》上的题目为“Ammonia Exposure Elevated 5-HT Expression, Reprogrammed Transcriptome and Microbiota Community in Yellow Catfish (Pelteobagrus fulvidraco) Gill During Early Ontogeny.”的文章。该研究通过两个实验（幼鱼氨暴露和成鱼氨暴露），利用免疫荧光、qRT-PCR、RNA-seq和16S rRNA测序等技术，综合分析了氨暴露对黄颡鱼早期发育（幼鱼和成鱼）鳃组织的影响。结果显示，氨暴露不仅损伤鳃结构、诱导5-HT表达和血清素能系统相关基因上调，还导致转录组从代谢缓冲转向谷氨酰胺合成依赖的代谢消除，并重塑了鳃微生物群落，使有害菌增多、有益抗逆菌减少。研究首次证实了氨暴露下早期鱼类呼吸的血清素能调控，并为氨毒性中的微生物参与提供了新理论见解。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！

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团队成员合影（位于上海陆家嘴中心，可随时预约参观）
       
       
       

        
       
       
       

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CNSknowall 平台 Pubmed+AI 快速提炼全文要点

研究思路：

1. 实验设计
• 实验1：将2日龄黄颡鱼幼鱼暴露于0、10、20 mg/L总氨氮（TAN）中，记录存活率并进行5-HT免疫荧光检测。
• 实验2：将成鱼暴露于0、25、125 mg/L TAN中96小时，进行组织学、5-HT检测、尿素循环基因表达、转录组测序和微生物16S测序。
2. 技术方法
   免疫荧光定位5-HT；H&E染色观察组织病理；qRT-PCR检测血清素能系统相关基因（tph1b、slc6a4b、scgn、lama5）和尿素循环基因（ass1、asl、glula、otc）；RNA-seq分析转录组差异表达基因（DEGs）及功能富集；16S rRNA测序分析鳃微生物群落组成、α/β多样性及差异物种。
3. 数据统计
   使用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey多重比较检验基因表达差异；Student’s t-test比较微生物组间差异；双因素ANOVA分析氨浓度与时间对幼鱼存活率的交互作用。

研究亮点：

1. 首次在早期发育阶段揭示了氨暴露下鱼类呼吸的血清素能（5-HT）调控机制。
2. 结合组织学、转录组和微生物组的多组学方法，系统描绘了鳃组织应对氨胁迫的适应性响应。
3. 发现氨暴露导致鳃黏膜转录组和微生态失衡，可能增加病原感染风险。

研究结果：

1. 5-HT分布与氨暴露效应
• 早期发育中，5-HT阳性信号从卵壳（胚胎期）→幼鱼体表（皮肤呼吸）→成鱼鳃丝和鳃小片（鳃呼吸），表明呼吸方式转变。
• 氨暴露显著提高幼鱼和成鱼5-HT表达，且呈浓度依赖性；高浓度氨（125 mg/L）导致5-HT+细胞向鳃远端分布。
• qRT-PCR显示，tph1b、slc6a4b、scgn、lama5表达随氨浓度升高而显著上调（p < 0.05）。
2. 鳃组织结构损伤
   氨暴露导致鳃次级鳃小片长度缩短、空泡化、上皮细胞增生，高浓度时相邻鳃小片间隙闭塞。
3. 尿素循环相关基因
   ass1、asl、glula表达随氨浓度升高显著上调（p < 0.05），呈剂量依赖性；otc无显著变化。
4. 转录组重编程
• 低氨组（25 mg/L）与对照组相比有1563个DEGs（704上调，859下调）；高氨组（125 mg/L）有5070个DEGs（2462上调，2608下调）。
• 低氨组上调通路包括MAPK信号、mTOR信号、Toll样受体信号等，下调通路集中于细胞周期、DNA复制等。
• 高氨组上调通路涉及血管发育、黏着斑、内吞、精氨酸生物合成、坏死性凋亡等；下调通路包括核糖体、细胞周期、糖酵解等。
• 结论：应对策略从低氨下的代谢缓冲（脂质、酰胺合成）转变为高氨下的代谢消除（谷氨酰胺合成）。
5. 微生物群落变化
• 高氨暴露后，Simpson指数显著变化（p < 0.05），β多样性（PCoA和NMDS）显著下降。
• 门水平：Pseudomonadota相对丰度从37%升至72%成为绝对优势；Deinococcota从43%降至5%。
• 属水平：Deinococcus从43%骤降至2%；Methylobacterium从7%升至18%成为优势属；C39、Sphingomonas、Chryseobacterium、Acinetobacter、Flavobacterium等丰度增加。
• 机会致病菌（如Pseudomonadota、Acinetobacter）增加，抗逆菌（Deinococcus）减少，提示疾病风险升高。

研究总结：

1. 本研究首次提供了氨暴露下早期鱼类呼吸（从皮肤到鳃）的血清素能调控证据。5-HT阳性NECs在氨胁迫下数量增加且位置变化，与哺乳动物颈动脉体在低氧时的细胞增殖和肥大类似，表明5-HT参与氨应激下的呼吸调控。
2. 氨暴露导致鳃结构损伤（如次级鳃小片缩短、上皮增生），与已有研究一致。尿素循环基因上调证实了该通路在氨解毒中的作用。
3. 转录组分析揭示了氨浓度依赖的代谢策略转变：低氨时通过代谢缓冲（如脂质合成）应对；高氨时转向谷氨酰胺合成依赖的代谢消除，并伴随血管发育、细胞骨架重塑等结构适应，可能增加鳃表面积和血流量以促进氨排泄。此外，细胞死亡途径从低氨时的铁死亡向高氨时的坏死性凋亡转变，可能与损伤上皮细胞的清除和鳃重塑有关。
4. 氨暴露显著破坏鳃微生物群落稳态：多样性下降，有益抗逆菌（Deinococcota/Deinococcus）减少，机会致病菌（Pseudomonadota、Pseudomonas、Acinetobacter）增加。Deinococcus的减少可能降低鱼体抗氧化能力，而Pseudomonadota的爆发可能增加病原感染风险，尤其是在宿主屏障受损时。
5. 本研究构建了多组学框架，阐明了氨暴露下黄颡鱼鳃组织在转录组和微生物组层面的适应与失调机制，为理解鱼类氨毒性的宿主-微生物互作提供了新视角。

结果译文：

使用抗5-HT抗体进行免疫荧光染色，以揭示5-HT在黄颡鱼不同发育阶段的独特空间分布。如图1所示，在极早期，5-HT阳性信号仅可沿卵囊检测到。此外，在仔鱼阶段，阳性信号分布于全身皮肤，表明鱼类仔鱼为皮肤呼吸。然而，在幼鱼中，5-HT阳性信号主要富集于鳃丝和鳃小片的上皮细胞。所有这些结果表明了从皮肤呼吸向以鳃呼吸为主的转变。

更多结果和补充图表：doi： 10.3390/microorganisms14040912

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