2016-10-08
在人和動物腸道內定植著(zhu)龐大的(de)微生物群(qun)，這些(xie)微生物統稱為(wei)腸道菌群(qun)。腸道菌群(qun)在與其宿(su)主長(chang)期的(de)共(gong)生共(gong)代謝過程中不斷進(jin)化(hua)，可(ke)以消化(hua)各種植物多糖(tang)以及其他營養物質，是一個巨大而(er)復雜(za)的(de)生態系(xi)統。鵝作(zuo)為家禽(qin)中的重要一員，除了為人類提供肉、蛋、羽毛等(deng)畜產品(pin)外，自身也有很多獨(du)特的生(sheng)理特征(zheng)，如極強(qiang)的肝臟脂肪沉積能力，以及作(zuo)為水禽(qin)它能夠消化植物纖維的能力等(deng)。然而，迄(qi)今為(wei)止，關于這(zhe)些特(te)性研究的較少，其分(fen)子機制(zhi)還不十分(fen)清楚。
首(shou)先，該研究采用(yong)Illumina MiSeq和(he)HiSeq高(gao)通量(liang)(liang)(liang)測(ce)序技術 ，對四川白(bai)鵝(e)進行(xing)全基因(yin)組(zu)(zu)從頭測(ce)序，得到(dao)高(gao)質量(liang)(liang)(liang)的(de)鵝(e)基因(yin)組(zu)(zu)序列(lie)圖譜，拼接得到(dao)的(de)基因(yin)組(zu)(zu)大小為(wei)1.10 Gb，基因(yin)組(zu)(zu)完整度(du)為(wei)91.83%。在獲得高(gao)質量(liang)(liang)(liang)的(de)基因(yin)組(zu)(zu)圖譜后，采用(yong)從頭預(yu)測(ce)、近源(yuan)物(wu)種(zhong)蛋(dan)白(bai)同源(yuan)預(yu)測(ce)結合(he)轉錄組(zu)(zu)數(shu)(shu)據的(de)方法(fa)預(yu)測(ce)得到(dao)16,288個蛋(dan)白(bai)編碼基因(yin)，其(qi)中(zhong)，83.13%的(de)蛋(dan)白(bai)序列(lie)能注釋到(dao)NR、KEGG、KOG或GO數(shu)(shu)據庫中(zhong)。鵝(e)基因(yin)組(zu)(zu)中(zhong)重復序列(lie)的(de)比例(li)為(wei)6.9%。對鵝(e)的(de)進化(hua)分析顯示(shi)，鵝(e)和(he)其(qi)祖先鴻(hong)雁(yan)在距今(jin)3.4~6.3 Mya發生分歧(qi)。在距今(jin)35~4.5萬年(nian)，鵝(e)和(he)鴻(hong)雁(yan)的(de)有(you)效(xiao)種(zhong)群(qun)數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)穩步增長；在距今(jin)4.5~2.5萬年(nian)，鵝(e)和(he)其(qi)祖先鴻(hong)雁(yan)均遭遇了遺(yi)傳瓶頸事件；隨后，鵝(e)的(de)有(you)效(xiao)種(zhong)群(qun)數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)維持平衡，而鴻(hong)雁(yan)的(de)有(you)效(xiao)種(zhong)群(qun)數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)則(ze)快(kuai)速增加。
對(dui)鵝(e)(e)(e)、雞、鴨和斑胸草雀四個物(wu)種(zhong)基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)組(zu)進行基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)家(jia)族分(fen)析，發(fa)現(xian)鵝(e)(e)(e)基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)組(zu)中有(you)197個基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)發(fa)生(sheng)(sheng)擴張，1,849個基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)發(fa)生(sheng)(sheng)收縮。結合dN/dS分(fen)析結果(guo)顯示，在鵝(e)(e)(e)中發(fa)生(sheng)(sheng)基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)家(jia)族擴張或快速進化(hua)的(de)基(ji)(ji)(ji)(ji)因(yin)主要富集在能量(liang)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)、碳水化(hua)合物(wu)和脂(zhi)肪代(dai)(dai)謝(xie)(xie)、核苷酸(suan)和氨(an)基(ji)(ji)(ji)(ji)酸(suan)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)以及次級(ji)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物(wu)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)。這一結果(guo)印(yin)證了鵝(e)(e)(e)對(dui)環境的(de)高度適應性。
其次，研究對鵝和雞的腸道菌群進行宏基因組測序和比較分析 。結果顯示，這兩種動物共享了超過2000個物種（OTU水平），各自獨有的微生物物種數約350個。然而，兩者的整體組成差異明顯：雖然兩者在門水平都以厚壁菌門（Firmicutes）和變形菌門（Proteobacteria）為優勢類群，但在屬水平，鵝腸道中富集了乳桿菌屬（Lactobacillus）、鏈球菌屬（Streptococcus）、乳球菌屬（Lactococcus）、梭菌屬（Clostridium）、消化球菌屬（Peptococcus）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）和瘤胃球菌屬（Ruminococcus）等屬，這些厭氧微生物普遍可以利用食物中的蛋白和糖類，發酵產生乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸。同時，兩者腸道菌群的多樣性也具有一定差異，鵝腸道菌群的豐富度較低（P<0.01），但兩者的整體多樣性差異不明顯。
在此(ci)基(ji)(ji)礎(chu)上，研究(jiu)對鵝(e)(e)(e)基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)和(he)腸(chang)道(dao)(dao)菌群(qun)宏基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)進(jin)(jin)(jin)行了功能整合(he)分(fen)(fen)析(xi) 。分(fen)(fen)析(xi)發現(xian)，相(xiang)比于(yu)雞，鵝(e)(e)(e)基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)屬于(yu)擴張(zhang)和(he)快速進(jin)(jin)(jin)化(hua)(hua)的基(ji)(ji)因(yin)(yin)家(jia)族中，聚(ju)糖(tang)降(jiang)解(jie)相(xiang)關(guan)的代謝(xie)通路(lu)均(jun)得到了顯著的富(fu)(fu)集(ji)(ji)。由于(yu)植物纖(xian)維(wei)的主(zhu)要成分(fen)(fen)就(jiu)是多(duo)聚(ju)糖(tang)，這些代謝(xie)通路(lu)的富(fu)(fu)集(ji)(ji)反映了鵝(e)(e)(e)自(zi)(zi)身對于(yu)消化(hua)(hua)高纖(xian)維(wei)食物的適應(ying)性。雖然這些與(yu)糖(tang)代謝(xie)相(xiang)關(guan)的擴張(zhang)和(he)快速進(jin)(jin)(jin)化(hua)(hua)的基(ji)(ji)因(yin)(yin)家(jia)族并(bing)未在鵝(e)(e)(e)腸(chang)道(dao)(dao)宏基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)中富(fu)(fu)集(ji)(ji)，但(dan)鵝(e)(e)(e)腸(chang)道(dao)(dao)中卻富(fu)(fu)集(ji)(ji)了消化(hua)(hua)纖(xian)維(wei)素(su)相(xiang)關(guan)的糖(tang)酵(jiao)解(jie)/糖(tang)異生途徑，從而幫(bang)助鵝(e)(e)(e)將復雜的纖(xian)維(wei)素(su)多(duo)糖(tang)降(jiang)解(jie)為丙酮(tong)酸，并(bing)順利進(jin)(jin)(jin)入三羧酸（Tricarboxylic acid，TCA）循環。因(yin)(yin)此(ci)，整合(he)分(fen)(fen)析(xi)不僅(jin)發現(xian)了鵝(e)(e)(e)食草性相(xiang)關(guan)的代謝(xie)網絡，還揭示了鵝(e)(e)(e)自(zi)(zi)身基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)與(yu)其(qi)腸(chang)道(dao)(dao)宏基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)(zu)之間的互(hu)作(zuo)、互(hu)補。
該研究是(shi)重慶市畜牧科學院王啟貴研究員(yuan)課題組和上海(hai)交(jiao)通(tong)(tong)大學孟和教授課題組合作(zuo)完成。文(wen)章于2016年9月(yue)9日(ri)在線(xian)發表在《Scientific Reports》。該研究高通(tong)(tong)量測序和數據(ju)分析工作(zuo)由上海(hai)派森諾生物科技(ji)股份(fen)有限公司(si)完成。
原文索引：
Guangliang Gao, Xianzhi Zhao, Qin Li, Chuan He, Wenjing Zhao, Shuyun Liu, Jinmei Ding, Weixing Ye, Jun Wang, Ye Chen, Haiwei Wang, Jing Li, Yi Luo, Jian Su, Yong Huang, Zuohua Liu, Ronghua Dai, Yixiang Shi, He Meng & Qigui Wang Genome and metagenome analyses reveal adaptive evolution of the host and interaction with the gut microbiota in the goose.Scientific Reports 6, 32961.doi:10.1038/srep32961（2016）.
