中华鳖维氏气单胞菌致病性、转录组分析及抗菌中草药筛选

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中华鳖(Pelodiscus sinensis)为我国特有的名贵水产经济动物,既有食用价值,也有药用价值。近年来,人们在生活水平提高的同时,对中华鳖的需求也逐步加大,因此出现大规模集约化人工养殖中华鳖。但人为控温、高密度养殖以及养殖环境的变化,使得病害微生物有机可乘并导致疾病爆发,不仅中华鳖伤亡惨重,还给养殖户带来巨大的经济损失,严重制约中华鳖健康养殖业可持续发展。2020年,江西南丰县再次出现中华鳖爆发性死亡,发病高峰期死亡率高达80%。本研究针对此次中华鳖爆发性疾病进行病原菌分离鉴定,探究其致病机理,并通过中草药提取物体外抑菌实验,分析其对中华鳖的抗氧化能力及抗菌效果,为认识该病致病机制和防控提供理论基础。主要研究结果如下:1.病原菌的分离鉴定及毒力基因检测从患病症状明显的中华鳖的肝脏中分离得到一株优势菌株,通过表型观察、生理生化鉴定结合分子生物学方法,鉴定分离菌的属种,通过系统发育学分析其进化地位。结果表明,传统方法与现代分子生物学方法鉴定结果一致,本次爆发性疾病的优势菌株确定为维氏气单胞菌(编号:ZF2)。人工回归感染结果表明其对中华鳖具有很强的致病性,发病症状与自然感染的中华鳖相似,并从病变组织中分离得到相同病原菌。ZF2感染中华鳖导致脖子红肿,腹部有出血点,裙边四肢少许溃烂;体腔带胶状腹水、发臭,肝脏缺血发白,肠道充血发红;鳃状组织发红,呈糜烂状。组织病理学观察发现,该菌株可引起中华鳖心肌结构疏松、肌纤维断裂,肝细胞气球样变、肝血窦淤血,肾细胞核溶解、组织结构崩解,脾脏中有大量红细胞和含铁血黄素沉着,肠绒毛膜脱落、有大量血细胞浸润。菌株毒力基因检测发现其携带热稳定性肠毒素(ast)、毒性肠毒素(act)和气溶素(aer)三种毒力因子。药敏纸片扩散法(K-B)选取18种常用的抗生素进行实验,结果显示菌株ZF2对头孢拉定、新霉素、米诺环素等9种抗生素敏感,对其它抗生素表现为中介或耐药。2.维氏气单胞菌致病机制的初步探究为了解中华鳖受ZF2侵染过程中的免疫应答机制,本研究将ZF2感染24h的中华鳖为实验组,0.85%生理盐水处理中华鳖的肝脏组织为对照组,利用RNA-seq技术进行测序分析,筛选关键免疫基因及通路,以探索中华鳖抗菌感染的分子机制。肝脏组织转录组测序共得到39.48 Gb Clean Data,Q20碱基百分比在97.84%以上。将中华鳖的基因组作为参考基因组比对,各样品比对效率在87.93%~89.66%。实验组和对照组比较共得到2138个非冗余差异表达基因(DEGs),其中上调基因有1292个,下调基因有846个。经GO功能富集分析发现,差异基因在生物学过程、分子功能和细胞组分中均分布,其中在生物过程中富集到的差异表达基因最多,包括刺激反应(response to stimulus)、生物过程的调节(regulation of biological process)、细胞对刺激的反应(cellular response to stimulus)等;分子功能上主要包括酶结合(enzyme binding)、G蛋白偶联受体活性(G protein-coupled receptor activity)等;细胞组分分类主要为膜(membrane)、胞内部分(intracellular part)等。在与免疫刺激相关的二级节点中筛选到相关的差异基因,主要有肿瘤坏死因子受体相关因子3、集落刺激因子1等。KEGG通路富集分析发现,富集分布在TOP20中的肿瘤蛋白p53、肿瘤坏死因子信号通路、细胞因子-细胞因子受体交互作用等6个信号通路与免疫刺激密切相关。3.病原菌耐药性及防控研究为进一步实现生产上对中华鳖养殖过程中对该病原菌感染精准防治的目标,本研究采用中草药提取物评价其对中华鳖防治该病效果。选取35种中草药制备水提物,采用二倍稀释法进行体外抑菌实验,结果发现,15味植物提取物对ZF2有抑制作用,其中白蔹提取物、芦荟提取物和天门冬提取物3种药物抑菌效果强,最小抑菌浓度(MIC)为1.5625mg/mL。选取白蔹提取物按照0%(对照组)、0.075%、0.1%、0.125%比例分别拌入无抗基础日粮中投喂中华鳖,评价其对中华鳖抗氧化(MDA、CAT、GSH-PX、SOD)及抗菌(ZF2)作用,结果显示:喂养至末期各实验组的中华鳖血清MDA含量显著低于对照组(p<0.05);各实验组中华鳖的血清中CAT、SOD及GSH-PX活力随着时间的推移而显著升高(p<0.05)。21天后每组选8只中华鳖,腹腔注射6×108 CFU/mL的ZF2,养殖观察10天,结果显示:注射细菌第3天开始,4个不同浓度白蔹提取物饲喂的中华鳖开始死亡,到第10天停止死亡;对照组(0%)受ZF2攻毒后死亡率为75%,与对照组相比,饲喂0.075%、0.1%、0.125%白蔹提取物的中华鳖死亡率分别为50%、37.5%和12.5%。经实验结果分析,白蔹提取物拌饲投喂能加强中华鳖抗氧化及抗菌能力,实验亦表明添加1.25g/kg的白蔹提取物最佳。综上所述,本研究根据疾病鉴定、病理学、转录组学等多方位剖析发现,ZF2感染使中华鳖各组织损伤严重并激活免疫应答机制,随之评价中草药提取物对ZF2防控作用,为中华鳖养殖中病害防控提供理论参考。
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