2017-10-25
號外號外，派森諾生物給大家帶(dai)來重磅好消息啦！繼今年(nian)7月，上海(hai)交通大學孟和教授課題組與派森諾生物合作揭(jie)示雞(ji)腸道菌(jun)群與宿(su)主體液免疫共同(tong)“微進(jin)化”的特(te)征之(zhi)后，近(jin)日(ri)再次在《Frontiers in Microbiology》（最(zui)新影響(xiang)因子：4.076）上(shang)發(fa)表最新研究成果，證實：雞蛋里有(you)微(wei)(wei)生物！并闡明了雞腸道微(wei)(wei)生物區系是(shi)如何遺傳和(he)建立的。這項研究，可謂是顛(dian)覆了傳統認知！就像(xiang)審稿人所(suo)說的：“It is an interesting paper, and I believe that it will contribute to generating some discussion about the dogma of the “sterile embryo.” … It is a pleasure to see a dogma, like the idea of a sterile embryo, established in 1940, to be demolished”。
真是可(ke)喜可(ke)賀啊！
研究背景
動物宿主的(de)胃腸道內定(ding)居著復雜多樣(yang)的(de)微(wei)生物群，它們與宿主共(gong)生，并(bing)共(gong)同構成“超(chao)級生物體”。宿主(zhu)和(he)(he)共(gong)生(sheng)微生(sheng)物(wu)之(zhi)間存在(zai)著(zhu)密切(qie)的共(gong)代謝和(he)(he)共(gong)進(jin)化關系，尤其是腸道菌群，同時受宿主(zhu)遺傳和(he)(he)外界(jie)環境(jing)因素(su)共(gong)同影(ying)響。
腸(chang)道菌群可以看作是機體的(de)(de)(de)一個(ge)數量(liang)性狀，就像雞(ji)的(de)(de)(de)產蛋量(liang)和(he)牛的(de)(de)(de)產奶量(liang)一樣，它不僅可以產生(sheng)一些重要的(de)(de)(de)代(dai)謝產物(wu)維持宿(su)(su)主(zhu)的(de)(de)(de)生(sheng)長發(fa)育(yu)，更(geng)對宿(su)(su)主(zhu)生(sheng)理和(he)免疫(yi)(yi)具有(you)重要影響。腸(chang)道菌群能(neng)夠(gou)增強宿(su)(su)主(zhu)消化效(xiao)率(lv)，促進免疫(yi)(yi)系統的(de)(de)(de)建立和(he)免疫(yi)(yi)穩態的(de)(de)(de)形成，限制病原菌的(de)(de)(de)定植，從而與宿(su)(su)主(zhu)的(de)(de)(de)生(sheng)理功能(neng)、代(dai)謝、免疫(yi)(yi)和(he)行為表現等各(ge)方面都緊密(mi)相關。
眾(zhong)所周知(zhi)，哺乳動物(wu)母體的(de)微生(sheng)物(wu)可能通(tong)過胎盤、羊水、臍帶血(xue)、陰道和(he)母乳等方式傳遞給胎兒；然而，對于卵(luan)生(sheng)動物(wu)，胚(pei)胎發育(yu)和(he)子代出生(sheng)是在脫離母體的(de)情(qing)況下(xia)進行的(de)，母體是否影響(xiang)后代腸道微生(sheng)物(wu)這一謎題，尚有待解(jie)答(da)。
研究目的
本研究以雞(ji)為研究對象，考察(cha)雞(ji)三個不同(tong)生(sheng)長發(fa)育時期(qi)（雞(ji)胚、雛雞(ji)和(he)母雞(ji)）的(de)腸道菌群的(de)組成(cheng)和(he)分布，以探(tan)討雞(ji)腸道微生(sheng)態隨著個體(ti)(ti)發(fa)育而逐步建立的(de)過程及其遺傳特性。具(ju)體(ti)(ti)的(de)目標在于(yu)：
1. 探索雞胚中是否存在微生(sheng)物？
2. 如(ru)果存在(zai)，其(qi)可能的來源是哪里？
3. 不(bu)同(tong)生長發育階段是否具有核心微生物？
4. 遺(yi)傳因素和(he)環境因素分(fen)別如何(he)影響(xiang)腸(chang)道微生物組？
研究方法
測序(xu)技術：Illumina MiSeq高(gao)通量測序平臺
測序模式：細菌16S rRNA基因(yin)V4區
實驗(yan)設計(ji)：無菌條件下，分別采集不同發育階段的雞(ji)(ji)（雞(ji)(ji)胚、雛雞(ji)(ji)和母雞(ji)(ji)）的全胚胎、胚中腸道或(huo)糞便樣品，共176份(fen)：
實驗(yan)處(chu)理(li)：對12只35周齡的母雞（北京(jing)油(you)雞、仙(xian)居雞和(he)石歧(qi)雜雞各4只）進行(xing)配種，挑選受精卵用于(yu)孵(fu)化胚(pei)胎和小雞。受精卵在(zai)無菌消毒(du)室（37.8 ℃、55~65%濕度）孵化，雛(chu)雞(ji)(ji)出殼后立即送(song)回至母雞(ji)(ji)所在養殖場，所有雛(chu)雞(ji)(ji)的飼養管理條件(jian)均(jun)和母雞(ji)(ji)保持一致。
研(yan)究結果
對雞(ji)胚期的51個樣品進行測序(xu)，得到的微(wei)生物分類到28個門，162個屬(shu)和(he)76個種。在(zai)門(men)水平上，Proteobacteria最為優(you)勢，占總(zong)微生物豐度的86%，其次是Firmicutes（5%），Bacteroidetes（4%），以及(ji)Actinobacteria（3%）；在(zai)屬(shu)水平(ping)上，Halomonas最為(wei)優勢，含(han)量為(wei)79%，其次是(shi)Ochrobactrum，占比(bi)5%，兩者(zhe)均屬變形菌(jun)門。
比較(jiao)雞胚兩個時期（E4和E19）的微生物組(zu)，其相關系數為0.8。盡管(guan)在(zai)門水平(ping)的微生物組成較相似，但可以觀察到Proteobacteria豐(feng)度降(jiang)低，而Firmicutes，Actinobacteria和Bacteroidetes豐(feng)度顯著(zhu)增加；非度量多維尺度（NMDS）分(fen)析和(he)熱圖結果顯示4日齡雞胚和19日齡雞胚腸(chang)道的微生物群落具有顯著差(cha)異，Alpha多樣性分(fen)析顯(xian)示19日齡的(de)雞胚具有更高的(de)微生物多樣性。
為了(le)探究腸道(dao)微生態隨著個體發育(yu)而(er)逐步建立的過程(cheng)及其遺傳特性，本研究進一(yi)步比較了(le)雞(ji)胚、雛(chu)雞(ji)和母(mu)雞(ji)的菌(jun)群組成。其中，豐度最(zui)優(you)勢的門為Proteobacteria，Firmicutes和Bacteroidetes，其次是(shi)Actinobacteria，Cyanobacteria和(he)Synergistetes。然而，這(zhe)些(xie)優勢物(wu)種在各個階(jie)段的(de)比例有所不同。Proteobacteria在雞胚中最為(wei)豐富（86%），在母雞中豐度僅為22%；而Firmicutes（76%和44%）和(he)Bacteroidetes（10%和24%）是雛雞和母雞腸道優勢菌。在屬水平，Halomonas在(zai)雞胚中豐度較高（79%）；而Lactobacillus和Bacteroides在雛雞中是(shi)優勢菌(jun)，豐度(du)分別為67%和10%。59個屬(shu)水(shui)平(ping)的低豐度微生物(wu)僅在(zai)雞胚中檢測到，這些(xie)“過路菌”隨著個體發育而漸(jian)漸(jian)消(xiao)失。在雞胚的(de)162個屬中，68個微生物和母雞(ji)相(xiang)同，100個和雛雞(ji)相同(tong)。在雛雞(ji)中(zhong)，69%（91/132）和母雞相同。說明腸(chang)道(dao)菌群受(shou)到宿主發(fa)育和環境(jing)因素的(de)共同作(zuo)用。
基于上述共有(you)微生物的研究(jiu)，本研究(jiu)發(fa)現，共有(you)65個(ge)核心屬貫穿(chuan)于生長發育的各個(ge)時(shi)期，如Halomonas、Bacteroides、Enterococcus和Lactobacillus等。由此推測，早期胚(pei)胎(tai)(tai)定植的微生物(wu)可(ke)(ke)能(neng)(neng)遺傳(chuan)自母雞，并且腸(chang)道(dao)微生物(wu)可(ke)(ke)能(neng)(neng)存在從母雞到胚(pei)胎(tai)(tai)、胚(pei)胎(tai)(tai)到小雞的傳(chuan)遞(di)過程(cheng)。
通(tong)過(guo)對菌群功能進行預測，發現有25個代謝(xie)通(tong)路在雞(ji)(ji)(ji)胚(pei)(pei)、雛雞(ji)(ji)(ji)和(he)(he)(he)母雞(ji)(ji)(ji)之間存(cun)在顯著(zhu)差異(yi)。雞(ji)(ji)(ji)胚(pei)(pei)腸道微生(sheng)物中比(bi)較活躍(yue)的代謝(xie)通(tong)路是物質代謝(xie)、細(xi)胞運動、信(xin)號轉導(dao)、細(xi)胞信(xin)號處理、輔酶因子和(he)(he)(he)維生(sheng)素(su)代謝(xie)等，這些(xie)途(tu)徑(jing)大(da)多都與生(sheng)長和(he)(he)(he)發(fa)育(yu)有關。和(he)(he)(he)雞(ji)(ji)(ji)胚(pei)(pei)相比(bi)，雛雞(ji)(ji)(ji)和(he)(he)(he)母雞(ji)(ji)(ji)的微生(sheng)物更多地參與到轉錄、翻譯、DNA復制和(he)修復、核苷酸代(dai)謝、遺傳信(xin)息處理(li)、碳水化合(he)物(wu)代(dai)謝等(deng)方面的功能(neng)。雛雞和(he)母雞的代(dai)謝途(tu)徑差異(yi)較少，表明盡管它們的腸道微(wei)生物(wu)組成不同，但功能(neng)類似。
為了衡量遺傳(chuan)背景對腸道微(wei)生態的(de)影響，本研究進一步比較了三(san)個(ge)不(bu)同品種的(de)雞之間腸道菌群的(de)異同。在相同的(de)飼喂條件下，三(san)種雞的(de)優勢屬(shu)相似，94.4%（185/196）的微生物屬都(dou)是共有(you)的。對不同(tong)發育階段(duan)的雞腸道(dao)菌群進行(xing)Beta多(duo)樣(yang)性分析，發現(xian)4日齡(ling)和19日齡(ling)時，三種雞(ji)的雞(ji)胚菌(jun)群(qun)差異(yi)明顯(xian)；相(xiang)比于雞(ji)胚，雛雞(ji)和母雞(ji)時期的三種雞(ji)的腸道菌(jun)群(qun)差異(yi)逐漸減小。
總(zong)結(jie)
本研(yan)究視(shi)角獨(du)特，立意(yi)新穎(ying)，通過將(jiang)遺傳(chuan)研(yan)究和微生態研(yan)究相結合，系(xi)統闡(chan)明了不同發育時期的雞腸道(dao)菌群特征：
1. 雞(ji)胚(pei)中存在(zai)豐富的微生物多樣性(xing)，包含了28個門(men)和162個屬，屬水平(ping)優(you)勢菌(jun)是鹽(yan)單胞菌(jun)Halomonas（79%）；
2. 65個(ge)菌(jun)屬作為(wei)“核心菌(jun)屬”始終貫穿存(cun)在(zai)于生長發(fa)育的(de)三個時期；雞胚中檢測到的(de)162個屬中，42%與母雞相同，62%與(yu)雛雞相同；
3. 胚(pei)胎中的(de)(de)微生(sheng)物編碼(ma)的(de)(de)代(dai)謝通(tong)路與雛雞和(he)母雞腸(chang)道微生(sheng)物具(ju)有的(de)(de)功能(neng)差異顯著；
4. 三個不同品種之間有(you)94%的腸道微生(sheng)物是(shi)相同的。
由此可見，在早期胚胎中定植的(de)微生物(wu)，至(zhi)少(shao)有(you)一(yi)(yi)部分(fen)遺傳自(zi)母雞，而雞孵化出生后，其(qi)腸道菌群受環境因(yin)素和宿主(zhu)遺傳變異的(de)共同影(ying)響。這項研(yan)究，充分(fen)說明(ming)了微生物(wu)組對(dui)于動物(wu)這一(yi)(yi)“超級生物體(ti)”生長發(fa)育(yu)的重(zhong)要作(zuo)用，對于畜牧業、醫(yi)學、食品安(an)全(quan)檢測等(deng)領域均有深遠影(ying)響，也再次印證了：微生物無處(chu)不(bu)在！
該文(wen)章(zhang)(zhang)的第一作者為(wei)上海交通大學碩士(shi)研究生丁金(jin)梅，章(zhang)(zhang)巖博士(shi)和孟和教授為(wei)通訊作者。文(wen)章(zhang)(zhang)中的高通量測序和部(bu)分生物信息分析工作是由上海派森諾生物科技股份(fen)有限公司(si)合作完成。
文章(zhang)索引
Ding J, Dai R, Yang L, He C, Xu K, Liu S, Zhao W, Xiao L, Luo L, Zhang Y and Meng H (2017) Inheritance and Establishment of Gut Microbiota in Chickens. Frontiers in Microbiology. 8:1967. doi: 10.3389/fmicb.2017.01967
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