热带鱼与其微生物组协调适应低温

eLife的一项研究显示，科学家已经发现热带鱼可以控制它们的肠道微生物，以便更好地在极端温度下存活。该结果进一步增加配重块“hologenome”的概念-在一个活的有机体是不是作为一个单独的动物或植物，但作为一个社会观察：在宿主生物体以及所有生活在其中的微生物。在这个概念中，宿主 - 微生物相互作用在宿主的适应性中起重要作用，而微生物组组成可能反过来受宿主适应性的影响。

“影响宿主生物适应性的最重要的环境压力之一是温度，”主要作者，以色列内盖夫本古里安大学博士后研究员Fotini Kokou解释道。“在这项研究中，我们想测试是否通过宿主微生物组的变化促进了对温度的适应性。”

该团队使用通常对寒冷非常敏感的热带鱼，蓝色罗非鱼，但作为选择性育种计划的一部分，以色列农业研究组织正在增加耐寒性。这允许在不同的极端温度下比较冷敏感和抗寒鱼之间的微生物组。

他们首先将84只具有遗传性低或高耐受性的鱼暴露于24°C或12°C的温度，并使用基因测序分析其肠道微生物组。他们发现暴露在寒冷中的两组鱼的微生物多样性都有显着降低。这表明低温条件具有很强的选择性，并且限制了可以在鱼中存活的微生物的种类。

接下来，他们研究了鱼类遗传的温度耐受性如何影响微生物组的多样性。当他们比较来自冷敏感和抗寒的鱼的肠道微生物时，他们发现鱼的先天温度耐受性对其肠道微生物的多样性开始有明显的影响。他们还发现，当暴露于寒冷时，鱼中的肠道微生物反应不同。这使他们得出结论，宿主遗传学对微生物组的形成具有强烈影响。

研究人员接下来将注意力转向微生物组的这些变化的意义。对冷暴露后丰富的微生物类型的分析表明，宿主倾向于选择本身耐受寒冷的微生物。实际上，耐寒鱼类的微生物组似乎有一组核心微生物得以维持，而生活在冷敏感鱼类中的核心微生物组在暴露于低温后会发生显着变化。

最后，该团队试图了解响应寒冷而繁荣的鱼肠微生物的特征。他们发现，在冷暴露期间，微生物倾向于关闭消耗能量(新陈代谢)的过程，并开启与压力和防御反应相关的细胞过程。这反映了鱼类自身基因中的反应，表明暴露于寒冷引发协同节能，应激诱导的适应性反应，涉及鱼类宿主及其微生物组。

“我们的研究表明，罗非鱼的遗传背景的鱼和它的耐受温度引起的应力决定了肠道微生物来响应温度，”总结资深作家伊萨克·米兹拉希，在盖夫本古里安大学微生物Ecogenomics副教授。“我们的发现与新兴的全基因组概念一致，这表明微生物及其宿主在适者生存中共同作为自然选择过程的一部分。”