长江刀鲚作为我国长江流域重要的渔业和经济物种,平时生活在近海水域,每年春天性成熟的刀鲚便分批进入长江口沿江上溯进行生殖洄游。早期的研究报道认为长江刀鲚在上溯生殖洄游过程中会停止摄食,但近年来有研究发现进入产卵场(鄱阳湖水域)后的刀鲚有明显摄食迹象。另外,据笔者野外调查发现镇江、芜湖、安庆等江段,极少数的刀鲚胃中有明显的淡水虾或小鱼,这与先前认为它不吃食的观点冲突。本研究鉴于这一摄食现象,在对长江刀鲚繁殖群体生物学参数及其时空特征进行初步分析后;进一步阐述了洄游距离和水温对刀鲚消化酶活性的影响,利用转录组学技术筛选出参与摄食调控的关键基因和通路,并利用比较蛋白质组学初步探究了蛋白质差异表达,旨在发现洄游型刀鲚对摄食响应的分子机制,为后续开展长江刀鲚洄游过程中的生理机制及能量利用和相关生存策略研究提供科学依据。1.长江刀鲚繁殖群体生物学参数及其时空特征于2018年4月—7月刀鲚汛期内在长江中下游五个江段(CM、JJ、ZJ、WH、AQ)共采集长江刀鲚1112尾。结果表明:刀鲚繁殖群体平均全长为27.88±2.81 cm,平均体长为25.69±2.63 cm,平均体重为63.33±22.12 g。与20世纪末的研究结果相比,刀鲚个体明显趋向小型化,丰满度降低。从空间特征来看,洄游距离对雌、雄性刀鲚参数的影响均表现为随着洄游距离的增加,体重和丰满度均显著减少(P<0.05),主要原因是洄游活动和性腺发育消耗了鱼体内的脂肪等能量储备,导致鱼体变瘦变小和体重减轻;还发现雌鱼个体比雄鱼普遍较大,这与雌鱼在洄游期间需要消耗更多的能量有关。从时间特征来看,刀鲚的全长、体长、体重和丰满度与时间无明显的相关性,说明同一江段不同时间洄游的刀鲚个体差异较小。从性腺发育成熟度来看,同一江段雌、雄刀鲚在4月份性腺发育至Ⅱ～Ⅲ期阶段的群体占比大,而在5-6月份发育期为Ⅳ期和Ⅴ期的个体比例增加。另外,对于洄游期间明显摄食的刀鲚个体,可能由于体内大量储备能量被消耗殆尽,需要通过摄取外源食物来补充。2.洄游距离和水温对长江刀鲚消化酶活性的影响2018年4月至6月刀鲚渔汛期间,在长江下游五个江段随机采集100尾新鲜雌性刀鲚,以探究洄游距离对消化酶活性的影响,并在4-5月于镇江江段采集雌性刀鲚个体79尾,以探究水温对酶活性的影响。结果表明:随水温的升高,胃蛋白酶活性显著增加,而洄游距离的延长显著降低了其活性水平。在洄游的早期阶段(长江口→靖江段180km),胃蛋白酶活性保持较高的水平,伴随着距离的增加,导致其活性在镇江江段(290 km)显著下降12%,洄游到芜湖江段(440 km)达到17%,表明其消化酶的合成降低,可能是缺乏因食物产生的刺激作用。当刀鲚继续洄游至安庆江段(620 km)时,胃蛋白酶活性却略有增加,可能表明刀鲚大量消耗了体内能量储备,有个体出现重摄食的行为。相反地,脂肪酶活性没有受到水温的显著影响,洄游距离的增加使脂肪酶活性呈现出先降低后增加的趋势。在经历了短距离洄游后的刀鲚的脂肪酶活性比长江口处降低了3.5%,这表明在洄游早期刀鲚摄食减少,饥饿胁迫导致脂肪酶分泌量减少。继续洄游到距长江口290km处,脂肪酶活性增加了5%,并在440km时显著增加到19%(P<0.05),这表明刀鲚通过动员储备脂肪来满足洄游活动和性腺发育的能量需求。3.长江刀鲚转录组学分析为揭示长江刀鲚摄食反应的调控机制,利用转录组学技术对摄食组(CSI)和对照组(CSN)刀鲚进行功能注释和差异表达分析。测序共获得610,640,864条clean reads和63567条Unigene。通过功能预测总计获得149089个GO功能定义,其中40.1%参与生物过程,27.1%涉及细胞组分,32.8%描述分子功能。通过基因表达差异分析,本研究共鉴定出1968个差异表达基因,其中1180个基因上调表达,788个基因下调表达。结果表明,食物暂时储存在消化道内,刺激胃肠道的机械感受器通过激活迷走神经传入神经元,导致大脑食欲中心产生饱腹感。食欲相关的多个关键基因(如Lep R、PI3K、5-HTR、NUCB2、SS)通过各种信号通路参与摄食调控,来响应食物的摄入。此外,蛋白质消化与吸收、TCA循环途径、脂肪酸合成和糖酵解等代谢途径中关键酶基因表达量也发生显著的变化。最后进行q RT-PCR验证RNA-seq结果,表达模式基本一致。4.长江刀鲚蛋白质组学分析利用i TRAQ定量技术对长江刀鲚摄食组和对照组胃组织进行比较蛋白质组学研究。通过液相串联质谱(LC-MS/MS)分析后共鉴定出3279个蛋白,进一步确定279个蛋白表达差异(差异倍数≥1.2和P<0.05),其中133个蛋白表达上调,146个蛋白表达下调。通过pathway富集分析,差异蛋白主要集中在免疫应答、信号转导和消化与代谢相关的途径,如PI3K-Akt信号通路,蛋白质消化与吸收,胃酸分泌,JAK-STAT信号通路,碳水化合物消化与吸收等。其中PKA、SS、EGF、SLC26A7、Ca M等参与胃酸的分泌;Pepsin、Trypsin、CELA、CPA参与蛋白质的消化与吸收;MHCII、Ig M、Ig D、CD13、NF-κB等参与免疫应答。本研究的结果为今后深度探索刀鲚摄食反应与调控机理奠定理论基础,也为其它洄游性鱼类的摄食分子机制的研究提供理论参考。