近日，環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)知名期刊Waste Management（中科院一區(qū)，2023年IF：8.1）發(fā)表了動物科學(xué)學(xué)院田鈴教授課組題名為“Selective breeding of cold-tolerant black soldier fly (Hermetia illucens) larvae: Gut microbial shifts and transcriptional patterns”的研究論文，該工作首次對黑水虻種質(zhì)資源進行了收集、并進行了定向選育及其腸道優(yōu)勢菌群等的挖掘。

黑水虻是重要的腐生性資源昆蟲，幾乎可以以所有有機廢棄物為食，從而轉(zhuǎn)化出高質(zhì)量的昆蟲蛋白及有機肥，其昆蟲蛋白近年來受到了水產(chǎn)和畜禽養(yǎng)殖的廣泛關(guān)注與使用。然而，目前商業(yè)黑水虻的養(yǎng)殖市場比較混亂，種質(zhì)資源遺傳背景及其生產(chǎn)性能差異不清楚，這些都限制了黑水虻資源的進一步開發(fā)與利用。因此，研究團隊首先收集了10株國內(nèi)黑水虻的商品種蟲，經(jīng)過COI基因測序比對之后實際劃分為3組（圖1），分別以生物源株、河南株、武漢株為代表。以優(yōu)勢株生物源株為基礎(chǔ)，通過在12℃、16℃低溫下連續(xù)篩選九代后，得到了一個相比對照組更耐低溫的品系，幼蟲體重、存活率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率顯著提高（圖2）。分別取12℃、16℃低溫育種九代后的幼蟲腸道進行16S測序篩選耐寒黑水虻腸道的優(yōu)勢菌群，結(jié)果顯示摩根氏菌屬（Morganella）、Dysgonomonas屬、沙門氏菌屬（Salmonella）、假蒼白桿菌屬（Pseudochrobactrum）和克雷伯氏菌屬（Klebsiella）的細菌在12℃育種組中豐度較高，而不動桿菌屬（Acinetobacter）、假蒼白桿菌屬（Pseudochrobactrum）、腸球菌屬（Enterococcus）、叢毛單胞菌屬（Comamonas）和亮桿菌屬（Leucobacter）的細菌在16℃育種組中豐度較高。宏基因組測序顯示，腸球菌屬（Enterococcus）和漫游菌屬（Vagococcus）中的幾種動物益生菌在16℃選育的幼蟲腸道中大量富集；16℃選育組的細菌代謝途徑（包括碳水化合物、脂質(zhì)、氨基酸、輔助因子和維生素）顯著上升，而生物系統(tǒng)和人類疾病途徑則下調(diào)。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明，在16℃下的第34天選育組差異表達上調(diào)的基因主要參與自噬-動物信號通路、AMPK信號通路、mTOR信號通路、Wnt信號通路、FoxO信號通路、Hippo信號通路（圖3），暗示這些通路相關(guān)基因在黑水虻的耐寒過程中發(fā)揮重要作用。這些結(jié)果揭示了微生物菌群和基因通路在黑水虻腸道應(yīng)對冷脅迫的適應(yīng)性，為今后開發(fā)利用適應(yīng)不同逆境的黑水虻種群提供了方法，同時也為后續(xù)黑水虻的耐低溫分子育種提供了依據(jù)與參考。

圖1 10個中國商品株BSF群體與其他代表性BSF群體的系統(tǒng)發(fā)育分析

圖2 選育九代后T12組和T16組生產(chǎn)性能圖

圖3 16℃選育組和對照組在第34天（a-c）和第36天（d-f）的中腸轉(zhuǎn)錄組分析

碩士畢業(yè)生馬崇為該論文的第一作者，田鈴教授為該論文的通訊作者。該工作受到了深圳市科創(chuàng)委技術(shù)公關(guān)項目（(JSGG20201102173800002）、國家自然科學(xué)基金（31970463）等的資助。同時，該工作還受到了我校食品學(xué)院胡文鋒副教授團隊的鼎力幫助與支持。意大利Insubria大學(xué)的Gianluca Tettamanti教授也參與了該項工作。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.wasman.2024.02.007

文/動物科學(xué)學(xué)院 馬崇