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[交大智慧]交大团队揭示鸟类肠道微生物的遗传特征和免疫机制[图]
[发布时间]: 2017年10月17日
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[责任编辑]: 陆小凡 孙佳

[编者按]一百多年来,交大人用知识和智慧创造累累硕果,谱写了近现代史上的诸多“第一”。这是人才培养的智慧、科学研究的智慧、服务社会的智慧、为国争光的智慧。新闻网特推出“交大智慧”专栏,聚焦交大人的智慧之光,展现交大人为国家发展和社会进步作出的重大贡献。

动物是由宿主自身及其大量肠道微生物共同构成的“超级生物体”,宿主和肠道微生物间存在着复杂的共生、共代谢、共进化关系,肠道微生物受环境和遗传因素共同影响。近几年随着新一代高通量测序技术飞速发展,动物肠道微生物宏基因组学成为研究热点。尽管如此,肠道微生物在定植和进化等许多重要方面还十分不清楚。  

已有许多研究证明,胎生动物新生儿体内存在微生物,母体的微生物可能通过胎盘、羊水、脐带血、阴道和母乳等等途径或方式传递给胎儿。然而,卵生鸟类的胚胎形成与哺乳动物的胎儿有所不同,虽然受精卵在母体内形成,但其胚胎的发育是在蛋壳内进行的,与母体之间并没有直接的联系,即使是出壳后,也不会像哺乳动物那样可以从母体获取母乳。卵生鸟类胚胎中是否存在微生物?如果存在是从哪里来的?这些微生物又是如何传递的?迄今为止,这些问题都悬而未决。  

10月10日,上海交通大学农业与生物学院孟和教授团队在线发表的论文尝试回答了这个问题(Inheritance and Establishment of Gut Microbiota in Chickens. Frontiers in Microbiology. 2017,8:1967. doi: 10.3389/fmicb.2017.01967。硕士研究生丁金梅为第一作者,孟和教授为通讯作者)。 

研究采用新一代高通量宏基因组学测序技术对鸡胚、雏鸡和母鸡3个生长发育时期的肠道微生物区系进行了检测分析。首先,研究发现鸡胚中存在丰富的微生物菌群,包含28个门和162个属,其中变形菌门(Proteobacteria)和盐单胞菌(Halomonas)在鸡胚中最为丰富。这一结果是震撼性的。正如审稿人评论的那样:“这是一篇有趣的论文,这项成果打破了自1940年以来大家所熟知的“胚胎无菌”的假说。相信这篇文章将掀起对于“胚胎无菌”假说的进一步讨论”。进一步对三个不同发育阶段肠道微生物区系比较分析发现,有65个菌属作为“核心菌属”始终贯穿存在于生长发育三个时期,暗示这些菌属同鸡的整个生命过程有重要关联或发挥重要作用。此外,研究还对饲养在相同环境下的三个不同品种鸡(北京油鸡、石岐杂鸡、仙居鸡)的肠道微生物区系比较分析,发现尽管在相同菌属上的丰度存在一定差异,但三个品种之间有94%的肠道菌群种类是相同的。暗示尽管遗传因素发挥重要作用,环境因素也有较大影响。 

在7月4日在线发表的另外一项研究中,孟和教授团队以根据抗体滴度高低进行双向选择家系鸡为研究模型,尝试回答了宿主同肠道微生物间共进化问题(Gut Microbiota Co-microevolution with Selection for Host Humoral Immunity. Frontiers in Microbiology. 2017, 8: 01243. doi: 10.3389/fmicb.2017.01243。博士研究生杨凌宇为第一作者,孟和教授为通讯作者)。研究利用高通量测序技术对四组鸡肠道微生物进行了检测分析,四组分别为:严格选育高抗反应组(HAS)、严格选育低抗反应组(LAS)、非严格选育高抗反应组(HAR)、非严格选育低抗反应组(LAR)。结果显示四组间不仅抗体滴度不同,而且肠道微生物群落结构也显著的差异。其中,产短链脂肪酸菌,如Oscillospira and Ruminococcaceae在HAR中丰富显著增加,推测微生物通过短链脂肪酸作用于regulatory T细胞进而抑制高抗组中抗体滴度反应。相反,Lactobacillus在LAS中的显著富集可能和增强其宿主的抗体滴度反应有关。进一步的菌群代谢功能预测分析发现,两组在免疫系统及传染性疾病途径中均存在显著改变。该研究首次提出了肠道菌群和宿主体液免疫的共同微进化(Co-microevolution)的概念。  

论文链接

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.01967/full

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2017.01243/full

 

[作者]: 孟和教授团队 
[摄影]:
[供稿单位]: 农业与生物学院
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