대서양 연어 점액의 휘발성 유기 화합물의 변화는 연어 이 감염에 대한 저항성과 관련이 있습니다

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 4839(2022) 이 기사 인용

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연어 이는 야생 및 양식 연어류를 위협하는 외부 기생충입니다. 감염성 요각류 단계에 대한 저항성을 위한 연어의 인공 선택은 현재 연간 수천 마리의 연어에 대한 생체 내 시험에 의존합니다. 우리는 두 번의 개별 시험을 통해 두 가지 양식 연어 계통의 연어 이(Lepeophtheirus Salmonis)가 있는 5750마리의 연어에 도전했습니다. 우리는 연어 이 감염 후 연어 숙주의 점액에 있는 휘발성 유기 화합물(VOC), 1-펜텐-3-올, 1-옥텐-3-올 및 6-메틸-5-헵텐-2-온이 다양한 수온(5°C, 10°C, 17°C)에서 이 감염 수와 유의미한 관련이 있습니다. 일부 VOC(벤젠, 1-옥텐-3-올 및 3,5,5-트리메틸-2-헥센)는 연어 이 저항성을 위해 다양하게 선택된 계통 간에 크게 달랐습니다. 통합된 개체군 평가에서 선택된 VOC는 유전적 구성 요소를 나타내는 47~59% 범위에서 가족 간에 다양했으며 연어 숙주 추정 번식 값 0.59~0.74와 긍정적인 상관 관계가 있었습니다. 점막 VOC 표현형은 현재의 육종 관행을 보완할 수 있으며, 이가 침입하기 전에 측정할 수 있다면 연어 이 저항성에 대한 보다 직접적이고 윤리적인 대용물이 될 가능성이 있습니다.

화석 기록에 따르면, 요각류는 적어도 지난 1억년 이상1 동안 어류에 기생해 왔습니다. 연어 이(Lepeophtheirus Salaris)도 예외는 아니며, 연어 이의 대서양 아종은 마지막(약 250만~1100만 년 전)2에 걸쳐 대서양 연어(Salmo salar) 숙주에 기생하도록 공동진화했습니다2. 숙주-기생충 공진화는 일반적으로 각 종의 대응이 상대방의 방어에 적응하는 신속하고 상호적인 과정으로, 본질적으로 제로섬 게임에 해당합니다(예: 붉은 여왕 가설)3. 20세기 후반 대서양 연어 양식이 강화된 이후, 연어 이가 야생 연어와 포획된 대서양 연어 모두에게 치명적인 영향을 미치면서 다루기 힘든 문제가 되었습니다4. 화학 처리 후에 연어 이가 신속하고 연속적으로 적응하고 저항하게 되었는데5,6,7,8 이는 바다 가두리에 고밀도로 순연어를 반복적으로 재도입하면 기생 적응이 불균형적으로 유리할 수 있음을 시사합니다. 기생충이 연어에 부착되는 것을 방지하기 위한 전략은 숙주-기생충 공진화 군비 경쟁을 깨는 측면에서 가장 유망한 것으로 나타났습니다6,8. 근본적인 질문은 지속 가능하고 윤리적인 대서양 연어 생산을 보장하는 정상 상태의 숙주-기생충 평형을 다시 확립하는 것이 가능한지 여부입니다.

이전 연구에서는 대서양 연어와 Oncorhynchus 속에 속하는 태평양 연어 종 간의 연어 이에 대한 부착 후 저항성의 큰 차이를 비교하고 설명하는 데 중점을 두었습니다9,10,11. 흥미롭게도 표준화된 생체 내 시험에서 부착된 연어 이의 초기 수는 대서양 연어와 태평양 연어 종 간에 유사합니다12. 그러나 저항력이 더 강한 코호(O. kisutch)와 핑크 연어(O. gorbuscha)는 부착 후 며칠이 지나면 이를 빠르게 거부합니다13. 은연어에서 이 현상은 빠르고 뚜렷한 비특이적 상피 증식 및 세포 침투 반응과 관련되어 있으며, 이로 인해 부착 후 며칠 후에 기생충이 거부됩니다14. 반대로 핑크 연어는 국소적인 염증 반응과 강한 철분 격리로 반응합니다11 . 이러한 발견은 태평양 연어 종의 저항성 유전자를 대서양 연어로 도입하는 것에 대한 관심을 촉발시켰지만, 이 기술은 아직 형성 단계에 있으며 이러한 경로에 대한 주요 게놈 정보가 여전히 필요합니다15,16.

자유 생활 유충 단계(코페포디드)에 의한 부착에 대한 숙주 저항성을 위한 인공 선택은 발생률을 줄이고 기생 수명주기의 완료를 억제하므로 강력한 접근 방식을 제시합니다6,15. 원칙적으로 연어 이가 숙주 저항성을 위한 인위적 선택 방법에 역적응할 수 있습니다. 그러나 식물 및 가축 시스템(연어 포함)의 다유전적 숙주 저항성에 대한 병원체의 역적응은 화학적 처리에 대한 역적응보다 훨씬 느렸습니다8. 숙주 저항성을 위한 인위적 선택이 안정된 상태에서 숙주-기생충 평형을 확립하는 효과적인 방법이 될 수 있다고 제안합니다. 그럼에도 불구하고, 유전적으로 엘리트인 대서양 연어를 식별하는 것은 각 세대마다 수천 마리의 정보 제공자 물고기(형제에서 번식 후보까지)에 대한 표준화된 생체 내 기생충 챌린지 시험에 의존합니다. 정보 제공자 물고기는 훈련된 관찰자가 사후에 요각류 부착을 위해 수동으로 계산되므로 직접 선택적 번식에 사용할 수 없습니다. 번식 후보자가 고유한 표현형을 갖는 선택적 번식과 비교할 때, 사망한 정보 제공자 친척에 대한 이러한 간접적인 선택 방법은 테스트에 도전하는 데 심각한 물류 및 윤리적 한계 외에도 덜 효율적입니다. 그동안 기생충 부착에 대한 숙주 저항성의 기본 분자 기반은 설명되지 않은 상태로 남아 있습니다.