研究揭示嚙齒動(dòng)物的腸道微生物結構特征反映宿主的系統進(jìn)化關(guān)系

在長(cháng)期進(jìn)化過(guò)程中，腸道微生物與其宿主形成了共生功能體。腸道微生物對于維持宿主的能量代謝、免疫功能和社會(huì )行為等具有重要作用，有助于提高動(dòng)物宿主的生存和繁殖適合度。由宿主與腸道微生物組成的全基因組決定了動(dòng)物物種的適應與進(jìn)化。然而，關(guān)于宿主遺傳因素（系統發(fā)育）與環(huán)境變量對腸道微生物結構的相對貢獻尚不明確，特別是親緣關(guān)系較近物種腸道微生物的關(guān)系。此外，不同物種能量代謝特征與系統發(fā)育關(guān)系未見(jiàn)報道。

7月29日，山東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授王德華、中國科學(xué)院動(dòng)物研究所副研究員張學(xué)英和中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院John R. Speakman院士團隊合作，在《國家科學(xué)評論》（National Science Review）上，在線(xiàn)發(fā)表題為Phylogenetic signal in gut microbial community rather than in rodent metabolic traits的研究論文。該研究創(chuàng )新性地揭示了腸道微生物結構遵循宿主的系統發(fā)育關(guān)系，嚙齒動(dòng)物的代謝表型與物種系統發(fā)育無(wú)關(guān)，主要是對環(huán)境趨同適應的結果。

科研人員經(jīng)過(guò)五年努力，收集了分布在內蒙古草原的七種嚙齒動(dòng)物物種，比較分析了野外自然種群和室內飼養種群以及不同食物和溫度馴化，研究了腸道微生物多樣的差異與宿主物種的系統發(fā)育關(guān)系，發(fā)現了腸道微生物相似性樹(shù)與宿主的系統發(fā)育關(guān)系高度一致。即使在食物和環(huán)境溫度改變時(shí)，這種關(guān)系仍然存在（圖1）。結果表明，腸道微生物結構能夠反應宿主的進(jìn)化特征，具有系統發(fā)育共生（phylosymbiosis）模式。

該研究對高溫（熱浪）馴化的腸道微生物以及宿主的能量代謝特征分析發(fā)現，熱浪引起嚙齒動(dòng)物物種的腸道核心菌群降低26%，荒漠物種降低的程度相對較高；靜止代謝率降低程度具有物種差異，荒漠物種的代謝率受熱浪的影響相對較小，導致荒漠物種代謝表型與腸道微生物之間不匹配關(guān)系。進(jìn)一步分析顯示，嚙齒動(dòng)物的代謝特征和代謝差異相似性樹(shù)不具有物種發(fā)育關(guān)系，表現出對棲息地環(huán)境的趨同適應（圖2）。

該研究從生態(tài)與進(jìn)化的角度全面解析了腸道微生物與宿主物種的系統發(fā)育關(guān)系，闡明了全球日益加劇的熱浪對小型哺乳動(dòng)物個(gè)體生理和種群動(dòng)態(tài)的潛在影響，對于剖析小型哺乳動(dòng)物與其腸道微生物群的協(xié)同演化關(guān)系和功能適應具有重要意義。

這是該研究團隊自發(fā)現腸道菌群調節聚群行為產(chǎn)熱的能量節省機制、低溫和甲狀腺素誘導產(chǎn)熱的微生態(tài)生理機制、腸道菌群賦予恒溫動(dòng)物對周期性溫度波動(dòng)的代謝可塑性、食糞行為通過(guò)維持微生物穩態(tài)調節宿主能量平衡、神經(jīng)功能和認知行為、荒漠嚙齒動(dòng)物通過(guò)“菌群-腸-腎”軸耐受高鹽的機制等成果以來(lái)，在野生小型哺乳動(dòng)物與其腸道微生物相互作用研究領(lǐng)域又一新發(fā)現。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項（B類(lèi)）培育項目的支持。

來(lái)源：動(dòng)物研究所

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