2017-03-10
派森諾生物在(zai)腸(chang)道微(wei)(wei)生物組(zu)研究領域已積累了非(fei)常豐富的經驗。繼之前(qian)多篇(pian)(pian)腸(chang)道微(wei)(wei)生物文章(zhang)發(fa)表后，如今又與上(shang)海交通大學再次聯(lian)手(shou)，于2016年在(zai)《Genetics Selection Evolution》（最新(xin)影響因子2.895）上(shang)發(fa)表雞腸(chang)道菌群相關論文一篇(pian)(pian)。
研究背景
腸(chang)(chang)道(dao)(dao)中定植的大(da)(da)量微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物構成了復雜而(er)龐大(da)(da)的微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物網絡(luo)。這些腸(chang)(chang)道(dao)(dao)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物與宿主(zhu)(zhu)之間(jian)存在著復雜的共(gong)(gong)生(sheng)(sheng)、共(gong)(gong)代謝及(ji)共(gong)(gong)同演化關系(xi)。已(yi)有研究(jiu)(jiu)表明，宿主(zhu)(zhu)所表現出來(lai)的許多(duo)生(sheng)(sheng)理性狀及(ji)慢性病(bing)，如肥胖、高(gao)血壓、糖(tang)尿(niao)病(bing)等(deng)，都與腸(chang)(chang)道(dao)(dao)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物有關。然而(er)，腸(chang)(chang)道(dao)(dao)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物與宿主(zhu)(zhu)間(jian)相互作用的特(te)點和(he)規(gui)律，尚不(bu)清(qing)楚。現如今的研究(jiu)(jiu)大(da)(da)都集(ji)中體現在腸(chang)(chang)道(dao)(dao)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物的分類及(ji)組成差(cha)異對(dui)(dui)宿主(zhu)(zhu)的影響，而(er)鮮(xian)有以腸(chang)(chang)道(dao)(dao)菌(jun)群(qun)的功能特(te)性差(cha)異為出發點對(dui)(dui)腸(chang)(chang)道(dao)(dao)微(wei)(wei)生(sheng)(sheng)物與宿主(zhu)(zhu)間(jian)的相互作用進行(xing)研究(jiu)(jiu)。
研究目的
為了最大程度(du)地降低腸道(dao)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)復(fu)雜度(du)，及盡(jin)可能地減小母體(ti)遺傳(chuan)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，本(ben)實(shi)驗以雞為生(sheng)物(wu)(wu)模型，以其腹(fu)部(bu)(bu)脂肪重量為篩選指標，通過(guo)15代的(de)(de)(de)(de)歧化選擇(ze)，篩選出(chu)了兩組(zu)(zu)雞樣(yang)本(ben)。其中(zhong)肥胖組(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)腹(fu)部(bu)(bu)脂肪重量為瘦組(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)4.5倍。結(jie)合微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)多(duo)(duo)樣(yang)性組(zu)(zu)成譜研究(jiu)和宏(hong)基因(yin)組(zu)(zu)學(xue)研究(jiu)，對兩組(zu)(zu)雞的(de)(de)(de)(de)糞(fen)便樣(yang)本(ben)分別進行微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)多(duo)(duo)樣(yang)性和宏(hong)基因(yin)組(zu)(zu)測序，旨在通過(guo)對兩組(zu)(zu)樣(yang)本(ben)間的(de)(de)(de)(de)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)多(duo)(duo)樣(yang)性差異及功能差異進行比(bi)較，探究(jiu)腸道(dao)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)與不(bu)同生(sheng)理性狀的(de)(de)(de)(de)宿主間的(de)(de)(de)(de)互(hu)相(xiang)作用機制。
研究(jiu)方法(fa)
1、測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組16S rRNA基(ji)因V4區測序
實驗對象：肥胖組公雞(ji)29只、母雞(ji)27只；
; 瘦組公雞(ji)26只、母雞(ji)27只
實驗設計：分別采集肥(fei)胖(pang)組和瘦(shou)組的公雞和母雞的第(di)35周(zhou)的糞便樣本(ben)
2、測(ce)序技(ji)術：Illumina HiSeq 2000高通(tong)量測(ce)序平臺
測(ce)序模式：2*100bp
實驗對象：肥(fei)胖(pang)組(zu)母(mu)雞(ji)3只
瘦組母雞3只
實驗設計(ji)：分別采集肥胖組(zu)(zu)和瘦組(zu)(zu)的(de)母雞的(de)第(di)35周的(de)糞便樣本
研(yan)究結果
對109份雞(ji)糞便(bian)樣本進行(xing)微(wei)生物多樣性組成譜測序，數據(ju)分(fen)析結果顯示(shi)，長期的歧化選擇使得肥胖組和瘦(shou)組的部分(fen)腸道微(wei)生物種類表現出(chu)豐度差異。在兩(liang)組雞(ji)糞便(bian)樣本中(zhong)，我們發現，有(you)4個門水平(ping)的微(wei)生物在雞(ji)腸道中(zhong)占據(ju)主(zhu)導(dao)地位。其中(zhong)，Firmicutes所占比(bi)重最大，其次為Proteobacteria、Fusobacteria和Actinobacteria。在門水平(ping)，兩組中的占比差(cha)異最大的為Fusobacteria（肥(fei)胖組為(wei)8%，瘦組為(wei)18%），其次為Proteobacteria（肥胖組(zu)為33%，瘦組(zu)為24%）。在屬(shu)水平(ping)，兩(liang)組(zu)中的(de)占比(bi)差異最大的(de)為Fusobacterium（肥胖組(zu)(zu)為9%，瘦組(zu)(zu)為20%）。分(fen)析(xi)及統計結(jie)果(guo)顯示，兩組(zu)(zu)樣本間共(gong)有(you)8個(ge)(ge)門(men)、52個(ge)(ge)屬、11個(ge)(ge)種的微生物差異(yi)較為顯著。
肥(fei)胖組和瘦組雞腸道菌群在門、屬、種水平的組成。
肥胖組和瘦組雞腸道(dao)菌群有差異的屬。
對(dui)(dui)6份母雞(ji)糞便樣本(ben)(ben)進行宏基(ji)因組測序，將非冗(rong)余蛋(dan)白(bai)序列集與KEGG代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)通(tong)路(lu)(lu)(lu)數據(ju)庫比對(dui)(dui)，得到不(bu)同代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)通(tong)路(lu)(lu)(lu)的(de)(de)KO注釋(shi)信息。結果發現，瘦組樣本(ben)(ben)的(de)(de)氨(an)基(ji)酸代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)、能量代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)、脂代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)及細(xi)胞運動性的(de)(de)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)通(tong)路(lu)(lu)(lu)占比是肥胖組的(de)(de)兩倍。而在肥胖組樣本(ben)(ben)中，蛋(dan)白(bai)翻(fan)譯、信號轉(zhuan)導、萜類化合(he)物(wu)和聚酮類化合(he)物(wu)代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)、蛋(dan)白(bai)折疊(die)、次級代(dai)(dai)(dai)謝(xie)(xie)(xie)產(chan)物(wu)的(de)(de)合(he)成及癌癥等相關通(tong)路(lu)(lu)(lu)較(jiao)豐(feng)富。
肥胖組和瘦組雞腸道(dao)菌群KEGG代謝通路的比較。
通過對宏基因組數據(ju)進行分(fen)析(xi)發現(xian)，差異較(jiao)顯著的代謝通路(lu)中，在(zai)(zai)瘦組中，肌醇(chun)磷酸(suan)代謝、抗原加工和(he)表達、膦酸(suan)酯和(he)次膦酸(suan)酯代謝更為豐(feng)富；與之(zhi)相(xiang)反地(di)，在(zai)(zai)肥胖(pang)組中，更多的則(ze)是三羧酸(suan)循環、PPAR信號通路(lu)、固磷作用(yong)、細胞(bao)粘(zhan)附分(fen)子等(deng)相(xiang)關代謝通路(lu)。
肥胖組和(he)瘦組雞腸道菌群有(you)差異的KEGG代謝通路。
通過熱圖(tu)，我們(men)可以(yi)更深入(ru)地解析肥胖組(zu)和(he)瘦(shou)組(zu)樣本(ben)間的微生物功能分布規律。熱圖(tu)結果顯示，在瘦(shou)組(zu)，轉氨酶、精氨酸(suan)脫羧酶、細胞色素氧化酶、肌醇磷酸(suan)磷脂激酶等參(can)(can)與(yu)(yu)氨基酸(suan)代謝(xie)(xie)(xie)、能量(liang)代謝(xie)(xie)(xie)和(he)碳水(shui)化合物代謝(xie)(xie)(xie)的蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)含(han)量(liang)，要比肥胖組(zu)高(gao)。然而，在肥胖組(zu)，枯(ku)草桿菌(jun)肽系統透性酶蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)、檸(ning)檬(meng)酸(suan)裂解酶連接酶、核糖核苷二磷酸(suan)還原酶等參(can)(can)與(yu)(yu)免疫系統疾(ji)病(bing)、信號轉導(dao)和(he)核苷酸(suan)代謝(xie)(xie)(xie)的蛋(dan)(dan)白(bai)(bai)(bai)含(han)量(liang)較(jiao)高(gao)。
肥胖(pang)組(zu)和瘦組(zu)雞腸(chang)道菌(jun)群中，有顯著差(cha)異的KEGG代謝通路熱圖。
總結
研究表明，宿主的遺傳學特性會影響其腸道微生物的豐度和組成。在本研究中發現，肥胖組和瘦組腸道中，有11個屬水平的微生物具有顯著性差異。其中，Pectinatus frisingensis、Lactobacillus salivarius、Micrococcus sp. SMCC ZAT352與脂肪的形成相關。除此之外，一些信號通路及代謝途徑也參與到了脂肪的貯存中，如在肥胖組出現較多的PPAR信號通路、三羧酸循環等。因此，我們有理由相信，腸道微生物在宿主的代謝功能方面，承擔了很重要的角色。宿主的遺傳性狀和其腸道微生物間存在著功能上的相互作用。
另(ling)外，本(ben)研(yan)究(jiu)的(de)一大(da)亮點(dian)是(shi)，將微生物多(duo)樣(yang)性測序和宏基(ji)因組(zu)測序相結合，不僅對(dui)兩(liang)組(zu)樣(yang)本(ben)間(jian)的(de)微生物組(zu)成及豐度差異(yi)進行了很好地(di)比較(jiao)，而且在功能代(dai)謝層次較(jiao)為深(shen)入地(di)比較(jiao)了兩(liang)組(zu)的(de)區別，證實了宿主的(de)遺傳性狀(zhuang)和其腸(chang)道微生物之間(jian)存(cun)在較(jiao)為密切的(de)相互(hu)聯(lian)系，也使得(de)本(ben)研(yan)究(jiu)的(de)結論更有說(shuo)服力，這一點(dian)是(shi)相當值(zhi)得(de)借鑒的(de)！
本研究的測序和(he)數據分(fen)析(xi)工(gong)作由上海派森諾生物科技股份有限(xian)公司(si)完成。
文(wen)章索引：
Ding J, Zhao L, Wang L, et al. Divergent selection-induced obesity alters the composition and functional pathways of chicken gut microbiota[J]. Genetics Selection Evolution, 2016, 48(1): 93.
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