达氏鲟与中华鲟的 免疫抗病能力差异分析

胡 银 董舰峰 杨 军 汤 东

一、中华鲟与达氏鲟简介

鲟形目鱼类是现存起源最早的脊椎动物之一。达氏鲟（Acipenser dabryanus）隶属于鲟形目，又名为沙腊子，长江鲟；为我国特有物种，主要分布于金沙江下游和长江上游。达氏鲟为淡水定居性鱼类，除产卵之外，不定期进行洄游；达氏鲟属于异速生长性，2-3年龄生长最快，平均体长为55.1cm；该鱼的繁殖季节在4-5月，性成熟年龄：雌性为6-8年，雄性为4-5年。达氏鲟属于广温性鱼类，生长适宜温度17.8-26.2℃，最适温度是21℃。中华鲟（Acipenser sinensis）是我国一级水生野生保护动物，隶属于鲟形目（Acipenseriformes），鲟科（Acipenseridae），鲟属（Acipenser）。历史上，中华鲟广泛分布于我国黄海北部海洋至海南岛万宁县近海，长江、珠江、闽江、瓯江、钱塘江和黄河流域，在长江上游和珠江流域的西江均有产卵场。朝鲜西海岸和日本九州也有中华鲟捕捞记录。目前，中华鲟在珠江、黄河及闽江已绝迹，仅分布于我国东海岸、朝鲜半岛西海岸和长江流域。中华鲟为大型江海洄游性鱼类。每年6-8月，成年中华鲟由东海聚集到长江口溯江洄游，翌年10-11月在上游产卵场繁殖。中华鲟性成熟个体于9-11月洄游至长江上游产卵场进行繁殖。产卵场环境要求高，水温需在18.5-20.5℃。中华鲟生活周期长、性成熟迟，繁殖群体年龄雄性为9-22龄、雌性14-27龄相比之下，达氏鲟春秋两季产卵，以春季为主，二者的产卵季节虽有重叠，但在中华鲟的产卵场从未捕到同时产卵的达氏鲟，难有混存的现象，因此中华鲟与达氏鲟存在生殖隔离。

二、中华鲟与达氏鲟的疾病研究进展

与其它脊椎动物类似，中华鲟与达氏鲟也有免疫系统。随着渔业的快速发展，养殖规模不断扩大，养殖过程中达氏鲟与中华鲟也出现各种各样的疾病，在前人探索疾病预防的基础上，人们从不断研究中认识到免疫系统对疾病的预防有显著的作用。在研究达氏鲟与中华鲟疾病的历程中，发现卵霉病是达氏鲟卵人工孵化过程中主要的疾病，是由同丝水霉、鞭毛绵霉等水生真菌引起的；肠炎病为达氏鲟最严重的原发病，死亡率较高；胀气病的致病率为2%；在感染赤皮病圆口鱼与达氏鲟套养试验过程中，结果显示1-2龄达氏鲟死亡率达25%，3-4龄达氏鲟影响有限；腐皮病对达氏鲟的感染过程中，死亡率不高；达氏鲟与圆口鱼套养模式中，圆口鱼感染小瓜虫大量死亡，而达氏鲟至始至终安然无恙，表明了达氏鲟对小瓜虫有较强的抵抗能力。 张德志等报道在人工养殖条件下，中华鲟也感染拟马颈鱼虱，其主要寄生在鲟鱼的鳍基部、肛门和鳃弓，尤其是鳃弓，口腔等部位最多，寄生虫寄生部位四周红肿，发炎，严重出现溃烂，大量死亡；中华鲟易感染肠炎病，会引起死亡，而烂鳃病危害20cm以下的中华鲟，感染2-3天会死亡；中华鲟感染小瓜虫之后大量死亡，说明其抵御病害能力较弱。本文就是在分子水平上，比较达氏鲟与中华鲟的抗病能力差异，为它们的疾病预防提供理论依据。

三、中华鲟与达氏鲟的抗病能力分析

鲟鱼的抗病能力随着环境的变异而发生不同的差别，不同种类的鲟鱼在基因的水平上有显著差异；张四明等采用PCR技术和DNA测序技术，测定中华鲟与达氏鲟个体间mtDNA分子的串联重复序列单元碱基突变为2-3个；采用DNA测序技术首次测定了达氏鲟等12种鲟形目鱼类的mtDNA ND4L和ND4基因（703 bp）的序列，并进行了分子系统学分析，认为达氏鲟与中华鲟亲缘关系最近，很有可能是中华鲟的一陆封类型。中华鲟与达氏鲟间的碱基差异分别为2-3、7-8。物种碱基差异的大小与物种亲缘关系成正比，碱基差异越大,物种亲缘关系越远。因此重复序列差异所提示的几种鲟鱼类的亲缘关系与我们从其它基因（mtDNA ND4L和ND4）序列和随机扩增多态性DNA得到的亲缘关系结果相一致，初步说明了重复序列在鲟鱼类的进化过程中扮演着一定的角色。DNA的碱基不同影响免疫基因的表达不同。

1.鲟类抗病能力的种间变异

寄主对不同病原常常会产生差异悬殊的反应，其自身抗病能力也会产生微妙的变化。各种致病原（病毒，细菌，寄生虫等）表现出寄主专一性的多种变异，主要原因是，缺乏致病原和潜在宿主间不定期随意的接触或实验性接触，可能的变异和病原对宿主的适应尤其是某些病毒存在若干性状上有差异的品系。而且不同种类鲟鱼抗病能力有很大的差异。而达氏鲟与圆口鱼套养模式，达氏鲟没有感染小瓜虫，中华鲟感染小瓜虫大量死亡，鲟鱼对寄生虫的易感性有区别；从肝脏的免疫基因上分析，不同的免疫基因在达氏鲟与中华鲟中表达量有差异；中华鲟是过河口洄游性鱼类，达氏鲟是淡水定居性鱼类，生活习性的不同对于免疫基因的表达也有一定的影响。鱼类是变温动物，随着环境的变化，鲟鱼体温会发生变化，郭文献等据1959-2006年水库下游宜昌水文站实测水温资料，分析了宜昌江段水温特征参数变化情况，他指出，葛洲坝水库蓄水对下泄水温影响不大，而三峡水库蓄水后，水温在降温季节高于三峡水库蓄水前表层水温，而在升温季节3-5月则相反；中华鲟定期洄游产卵，体温变化幅度较大，达氏鲟体温的变化幅度较小，从而影响超氧化物岐化酶的活性，当受到病毒、细菌入侵时，机体的免疫细胞会产生自由基物质（主要是氧自由基和一氧化氮自由基等）来杀灭细菌病毒，这是免疫反应中重要的一环，免疫基因的表达量受到了严重的影响，减弱鲟鱼的抗病效果。鱼类具有不同的免疫临界温度，这可能与鱼类的生活习性有关，一般来说温水性鱼类较高，冷水性鱼类较低。一般认为，在免疫临界温度以上，鱼类免疫应答的强度随温度的升高而增强。鱼体的免疫基因MHC2主要在免疫系统的细胞上表达，Sultmann等研究斑马鱼MHC2类A基因的多态性、功能表达中，发现MHC2类A基因在脾脏中高度表达；达氏鲟与中华鲟的MHC2基因相似率为99.5%，但基因的表达量造成达氏鲟与中华鲟的抗病能力的差异；其次基因的表达编码的蛋白质也有较少的差别，MHC2基因表现的生物活性有区别。鲟鱼的种间变异也是外部环境造成的，随着时间的推移，鲟类部分脾脏不断进化，达氏鲟的种属发生进化，免疫功能趋于完善，表现出比中华鲟的抗病能力要强。本实验发现达氏鲟与中华鲟免疫基因的相似率比较高，但是中华鲟温差变化幅度大，在感染外来病原体时，免疫系统迅速作出免疫应答，温度影响酶的活性，促使基因表达mRNA量降低，抵御病害有一定的限度，因此中华鲟的病害迅速暴发。免疫基因表达的mRNA量与生物体抵御病害能力成正相关。中华鲟与达氏鲟是同一物种进化的分支，种群内发生了变异，从而表现出免疫抗病能力的区别。

2.鲟鱼群体之间的遗传变异

鲟鱼终生生活在水环境中，所以水环境中的鲟鱼会面临多种病害的威胁。鲟鱼不同群体生物抗病能力不同，一定程度上取决于群体的遗传变异。达氏鲟久居淡水水域中，而且不断与环境抗争，春秋两季都产卵，以春季为主，产卵量较大，后代存活率较高，经过环境的选择，后代的遗传变异几率大；相比之下中华鲟秋季产卵，没有春季产卵的实例，而存活的后代数量有限，后代的遗传变异几率小，故而抗病能力显著下降。除了选择的遗传影响外，在遗传表型中还掺杂着显性及母体遗传反应，达氏鲟的免疫基因呈现母系遗传，经过后代的不断遗传变异，后代免疫基因的突变几率较高；表现出抗病能力较强。Tang等（1992）将含生长激素基因的质粒导入小鼠表皮细胞，88%的被免疫小鼠产生了抗生长激素抗体，二次免疫后抗体水平显著升高。现在用很多病原体抗原基因的重组质粒接种动物，均引发了特异性的免疫应答，并对野毒攻击具有一定的保护作用。随着免疫基因的分析应用不断深入，基因免疫应用得到了广泛的应用。中华鲟天然群体遗传多样性偏低，但不同年度群体间遗传差异不明显，年度间样本遗传稳定。截流后中华鲟遗传多样性有微弱的下降，但依然能够维持群体的遗传多样性水平。曹波通过RAPD研究野生、人工养殖中华鲟的遗传多样性，野生与养殖群体的多态位点的比例为43.16%和33.68%，野生中华鲟群体间平均遗传距离为0.127，遗传相似率87.3%，人工养殖品种在遗传上有一定退化，养殖群体已经对野生群体造成了影响。而Wan Qiuhong等通过 DNA指纹技术，测定了1958-1959年、1980-1981年和1998-1999年达氏鲟的DNA条带数（19、19、18）、特有条带率（25.4%、12.9%、10.6%）和不同条带数（63、54、47），发现达氏鲟的DNA多样性有丢失的倾向，水平最低。天然中华鲟与达氏鲟怀卵量不同，而且后期人类大量破坏生态水环境，造成中华鲟的性腺发育成熟缓慢，中华鲟的数量急剧下降，造成群体的遗传多样性降低，会影响到后代的免疫基因的遗传多样性降低。达氏鲟性成熟早，怀卵量丰富，后代存活比例较高，种群间遗传多样性高，特别西南地区的水温适宜，饵料资源丰富，适合达氏鲟的生长，达氏鲟免疫基因的遗传多样性高。2011年研究人员放养达氏鲟550条，用PIT芯片标记达氏鲟，保护区内资源调查区都检测到标记放流的达氏鲟。达氏鲟在自然生态下后代抵御病害的能力较强，则说明免疫基因的表达量与多样性较中华鲟高，从而说明了达氏鲟比中华鲟的免疫抗病能力强。

四、结论

通过在分子水平上分析中华鲟与达氏鲟之间的区别，来深入探究它们抗病能力的差别，结合中华鲟与达氏鲟的进化亲缘关系，分析中华鲟与达氏鲟的现状，可以获得结论：免疫基因的表达量变化以及遗传多样性影响免疫应答反应过程，与其发挥免疫抗病能力的强弱息息相关。