科普

基于BGISEQ500的大熊猫幼仔肠道微生物动态研究

2019-03-20 192细菌肠道微生物熊猫

大熊猫,食肉目熊科,竹子为主食但别的也照吃,分布于陕甘川一带山区。成年大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)尽管拥有类似食肉动物的消化道,但仍以大量纤维如竹子为食,且其基因组不含纤维素分解酶,纤维素分解物质通常存在于动物肠道中。因此,了解大熊猫肠道微生物组成,特别是幼年大熊猫,对解密肠道微生物的形成、遗传及饮食规则转变至关重要。

分析方法

该研究结合抽样时间,共获得22个两只大熊猫幼仔粪便和11个大熊猫双亲粪便样本,经过DNA提取后使用BGISEQ500进行宏基因组测序,共获得15.5 Gb原始测序数据,去除测序接头等、动物相关、植物相关等得到高聚集微生物测序数据,组装scaffolds范围为6,450,400 bp -364,942,569 bp,最终得到的非冗余微生物基因集包含基因数量为1,040,648。

大熊猫幼仔肠菌组成随时间变化分析结果

研究结果发现6-9月龄大熊猫幼仔肠菌丰度渐进式增加,如厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria) 等,并且此时期肠菌组成与1.5-6月龄大熊猫幼仔显著不同,此时期环境对于驱动幼仔肠菌变化可能起到关键作用。有趣的是,在此时期幼仔肠菌戏剧性的扩张表现出初始化的混乱性和不确定性,如放线菌(actinobacteria)。随后其肠菌的成熟、分化都趋向成年熊猫个体。

来自细菌或病毒的583个共丰度基因(co-abundance genes,CAGs)和约79个宏基因组物种(metagenomic species,MGS)随着大熊猫幼仔年龄的增长而显着变化,而这些增加迅速的微生物多属于肠杆菌属。这些菌属可能与大熊猫肠菌形成、食物利用等相关。

该研究进一步评估了上述关键菌属之间的相关性(t检验,p> 0.05),四种致病菌 (Klebsiella, Edwardsiella, Serratia, 和Raoultella)丰度随幼仔成长而降低。有18个菌属在大熊猫幼仔肠菌构建的关键生态位,最终该研究一共得到20个最重要关于大熊猫幼仔肠菌随年龄构建的菌属。

大熊猫幼仔肠菌基因注释与通路随时间变化分析

共计655,993(63.04%)和357,909(34.39%)非冗余基因在COG数据库和KEGG数据库中可注释,仅10个直系同源功能显示出年龄组之间的显著变化(Wilcoxon检验,调整后p <0.05),其中9个属于 '细胞过程和信号传' 或 '新陈代谢',其余的属于'信息存储和处理’。共计167个通路可KEGG注释,其中44显示出显著变化(年龄组之间的Wilcoxon检验,调整后p <0.05)。

大熊猫幼仔与竹子消化相关的肠菌基因丰度分析

该研究通过KEGG和CAZy注释分析与纤维素、半纤维素,果胶和木质素降解相关的微生物基因。结果表明许多相关基因显示从出生后2月龄开始增加,并且在6-9月龄时达到峰值。

结语

这项研究描绘了在出生后大熊猫幼仔生长期间的肠菌微生物群逐渐增加的丰度,减少的遗传性以及肠杆菌科的重要作用。6月龄后大熊猫幼仔肠菌进入全面而实质的发展,且由饮食驱动变化。肠道微生物转变、遗传性和饮食与大熊猫保护政策密切相关,该研究为上述内容提供了重要而宝贵的数据基础。

引用

Min Guo. et al. Dynamics of Gut Microbiome in Giant Panda Cubs Reveal Transitional Microbes and Pathways in Early Life. Front Microbiol. 2018; 9: 3138.

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