华大海洋揭示黄斑蓝子鱼高不饱和脂肪酸合成代谢新机制

近日，华大海洋与华南农业大学合作，在水产领域国际著名学术期刊Aquaculture上发表题为“Genome-wide identification of a novel elovl4 gene and itstranscription in response to nutritional and osmotic regulations in rabbitfish(Siganus canaliculatus)”的研究论文（图1）。

该研究以广盐性鱼类黄斑蓝子鱼为研究对象，利用比较基因组学、分子克隆和系统进化分析等手段在其基因组中鉴定到一个新的与高不饱和脂肪酸合成代谢相关的延长酶基因（elovl4a），并同时探究了该基因的营养和渗透压调控机制。

华大海洋研究院2018级博士生文正勇为论文第一作者，研究院院长石琼教授和华南农业大学海洋学院李远友教授为共同通讯作者。

图1 黄斑蓝子鱼论文在Aquaculture上发表（2020, 529: 735666）

该研究通过全基因组同源性搜索和分子克隆方法，确认黄斑蓝子鱼基因组中存在两个高不饱和脂肪酸合成关键酶elovl4基因，并分别命名为elovl4a和elovl4b，其中elovl4a是本研究新鉴定到的延长酶基因。

随后，利用蛋白多序列比对、比较基因组学和系统发育分析等方法，揭示鱼类中广泛地存在两个elovl4延长酶基因；这一现象可能与硬骨鱼类特有的基因组复制事件密切相关（图2）。

研究人员利用实时荧光定量PCR技术，检测了黄斑蓝子鱼elovl4a基因的组织分布特征。结果显示， elovl4a主要在黄斑蓝子鱼的脑组织表达，其次是眼；在性腺中有少量分布，而其它组织中均未检测到该基因的表达（图3）。这表明，黄斑蓝子鱼elovl4a基因可能参与神经系统中高不饱和脂肪酸的内源性合成，对神经系统的发育和功能维持发挥着重要作用。

图2 硬骨鱼类elovl4基因的比较基因组学分析

图3 黄斑蓝子鱼elovl4a的组织分布

研究人员利用实时荧光PCR技术检测了黄斑蓝子鱼elovl4a基因在饲喂不同脂肪源饲料后的表达情况。试验鱼被分为两组，一组投喂以鱼油为脂肪源（富含高不饱和脂肪酸）的饲料，另一组饲喂以植物油为脂肪源（缺乏高不饱和脂肪酸）的饲料，该试验同时在半咸水（15 ‰）和海水（32 ‰）中进行，养殖时间为2个月。

结果显示，半咸水中投喂两种饲料的黄斑蓝子鱼其脑中elovl4a基因表达量没有显著性差异，然而在海水中饲养的黄斑蓝子鱼其脑中elovl4a基因表达量在饲喂植物油组显著高于鱼油组（图4）。

这一结果表明，在海水环境中蓝子鱼可以高效利用植物油中的a-亚油酸，从而内源性合成高不饱和脂肪酸以缓解食物中高不饱和脂肪酸缺乏的问题。

图4 不同脂肪源饲料对黄斑蓝子鱼elovl4a在半咸水（A）和海水（B）中表达的影响

最后，该研究还检测了饲喂同种饲料的黄斑蓝子鱼elovl4a基因在不同盐度水环境中的表达情况。结果显示，投喂以植物油为脂肪源的饲料，蓝子鱼脑中elovl4a基因在海水中的表达量显著高于半咸水；而同时投喂以鱼油为脂肪源的饲料时其表达模式完全相反（图5）。

这说明，养殖水体盐度可以调节脑中elovl4a基因的表达，进而影响脑中高不饱和脂肪酸的内源性合成。

图5 不同盐度对黄斑蓝子鱼elovl4a在饲喂植物油（A）和鱼油（B）饲料后表达的影响

总之，该研究进一步丰富了黄斑蓝子鱼种高不饱和脂肪酸合成代谢的相关理论，并首次证明了营养和渗透压可分别调控elovl4a的表达，进而影响高不饱和脂肪酸的合成。

同时，该研究可为其它鱼类高不饱和脂肪酸合成代谢相关研究提供重要参考，也为选育具有高高不饱和脂肪酸合成能力的鱼类新品种提供关键的候选遗传靶点。