近日，中国水产科学研究院长江水产研究所鲢鳝遗传育种创新团队在鲢低氧耐受分子机制研究方面取得重要进展。团队通过对不同强度低氧胁迫下鲢肝脏组织的代谢组学分析，鉴定了响应低氧胁迫的关键信号通路，筛选出具有育种潜力的关键基因acsl4，并利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功敲除该基因，创制出1个耐低氧鲢新种质。
鲢是我国“四大家鱼”之一，主要以浮游生物为食，在控制蓝藻水华、改善水体生态环境方面具有重要作用。然而，鲢对水体溶氧变化较为敏感，低氧耐受性较差，在高密度养殖与长途运输过程中易发生大规模死亡，造成严重经济损失。
团队在低氧胁迫下的鲢肝脏组织中鉴定出593种代谢物，其中268种代谢物对低氧表现出显著响应。随着低氧胁迫加剧，鲢出现浮头、半窒息直至窒息等表型。通过受试者工作特征曲线（ROC）分析，筛选出30种与低氧胁迫密切相关的差异代谢物，这些代谢物可作为潜在的缺氧应激生物标志物。进一步对差异代谢物进行KEGG通路富集分析，发现氨基酸代谢与合成、葡萄糖代谢等相关通路显著富集。团队绘制了代谢流程图，系统阐明了低氧条件下与氨基酸生物合成、糖酵解/糖异生及半乳糖代谢等通路相关的关键代谢物变化。
此外，KEGG富集分析还识别出一条显著富集的铁死亡信号通路。通过检测细胞铁死亡相关指标，证实低氧胁迫可诱导鲢肝脏发生铁死亡，且该通路中促进脂质过氧化的关键基因——长链脂酰辅酶A合成酶4（Acsl4）表达发生显著变化。该研究利用CRISPR/Cas9技术同时敲除鲢中两个同源基因acsl4a和acsl4b，成功获得F0代acsl4缺失的嵌合体鲢。低氧胁迫实验表明，与野生型相比，acsl4缺陷嵌合体鲢肝脏细胞铁死亡程度减轻，并表现出更强的低氧耐受能力。该研究为深入解析鱼类肝脏在缺氧条件下的适应与损伤机制提供了新视角，也为培育耐低氧鱼类新品种奠定了重要理论基础。
本研究获得大宗淡水鱼产业技术体系专项资金（CARS-45）、中国水产科学研究院基本科研业务费（2023TD36）等项目支持。相关成果近期以“metabolomics analysis identifies hypoxia-induced ferroptosis in the liver of silver carp （Hypophthalmichthys molitrix）”为题，发表在《Water Biology and Security》期刊上。
