2018-09-06
正文
最近，派森諾生(sheng)物與(yu)內蒙(meng)古農(nong)業大學(xue)合作(zuo)，在《Scientific Reports》（影響(xiang)因(yin)子(zi)：4.122）發(fa)表論(lun)文(wen)，在這項研(yan)究中，作(zuo)者進行了雙峰駝胃腸(chang)段16S rRNA基(ji)因(yin)序列分析，闡明了胃腸(chang)道(dao)不同區(qu)段的(de)(de)菌群特征，比較了與(yu)糞便微生(sheng)物的(de)(de)相似(si)性。
研(yan)究背(bei)景
哺乳動物(wu)的(de)腸道(dao)微(wei)生(sheng)物(wu)在維持健康和(he)調節疾(ji)病(bing)(bing)方(fang)面(mian)發揮(hui)著(zhu)重要作用，而(er)微(wei)生(sheng)物(wu)群落紊(wen)亂與(yu)糖尿病(bing)(bing)、肥(fei)胖癥、腸道(dao)疾(ji)病(bing)(bing)和(he)癌癥等疾(ji)病(bing)(bing)密(mi)切相(xiang)關。然而(er)，大(da)多數研究都(dou)僅(jin)僅(jin)針對糞便(bian)中腸道(dao)微(wei)生(sheng)物(wu)群落的(de)特征進行研究。
雙(shuang)峰(feng)(feng)駝(tuo)(tuo)是一種生(sheng)(sheng)活在沙(sha)漠或(huo)半沙(sha)漠中的(de)(de)(de)(de)非常頑強(qiang)的(de)(de)(de)(de)動物(wu)。它能(neng)(neng)適應惡劣(lie)的(de)(de)(de)(de)環(huan)境(jing)，如干(gan)旱、貧(pin)瘠、炎熱和寒冷。駱駝(tuo)(tuo)是牛(niu)奶，肉類和毛皮(pi)的(de)(de)(de)(de)運輸工具和生(sheng)(sheng)產(chan)者。研究表(biao)明，雙(shuang)峰(feng)(feng)駝(tuo)(tuo)是描述沙(sha)漠適應的(de)(de)(de)(de)理想(xiang)模型，因(yin)為它們(men)能(neng)(neng)夠(gou)忍受嚴(yan)酷的(de)(de)(de)(de)沙(sha)漠生(sheng)(sheng)態(tai)環(huan)境(jing)。雙(shuang)峰(feng)(feng)駝(tuo)(tuo)能(neng)(neng)夠(gou)適應貧(pin)瘠的(de)(de)(de)(de)飲食(shi)條(tiao)件。它可(ke)以吃耐鹽植(zhi)(zhi)物(wu)，如藜科、菊科、豆科等。他們(men)幾乎(hu)能(neng)(neng)夠(gou)咽(yan)下所有(you)類型的(de)(de)(de)(de)植(zhi)(zhi)物(wu)，比如灌(guan)木或(huo)者樹木。
雙峰駝的消化系統與(yu)牛和(he)羊(yang)不(bu)同，與(yu)大多數真正反芻動物的胃(wei)相(xiang)比，雙峰駝的胃(wei)只有(you)3個(ge)腔(qiang)而(er)沒有(you)胃(wei)。此外，先前的研究發(fa)現(xian)，在駱駝屬中，大顆(ke)粒(li)的保(bao)(bao)留時(shi)間(jian)略長于前胃(wei)中的小(xiao)顆(ke)粒(li)。但(dan)是，流(liu)體(ti)，大小(xiao)顆(ke)粒(li)的保(bao)(bao)留時(shi)間(jian)在腸道中是相(xiang)似(si)的。因(yin)此，雙峰駝菌(jun)群的特征(zheng)很重要。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量(liang)測序平(ping)臺(tai)
測序模式：微生(sheng)物組細菌16S rRNA基因(yin)V4區測序
實驗對象：11頭成(cheng)年雙峰(feng)駝
實驗設計(ji)：每頭駝峰取9份樣(yang)品
瘤胃(wei)（LW），內(nei)質網（WW），皺胃(wei)（ZW），十二指腸(chang)(chang)（12Z），空(kong)腸(chang)(chang)（KC），回(hui)腸(chang)(chang)（HC），盲(mang)腸(chang)(chang)（MC），結腸(chang)(chang)（JC）和糞便（FB）
研(yan)究結果
1、雙峰(feng)駝胃腸道不同區(qu)段的細(xi)菌群落多樣性
基于(yu)99個(ge)測(ce)序樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)分析胃腸(chang)道（GIT）菌群，得到4079128條有(you)效序列(lie)(lie)。平均每個(ge)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)檢測(ce)到36315條序列(lie)(lie)，4035個(ge)OTU。各區段的(de)OTU數(shu)量、Shannon指數(shu)和(he)(he)(he)chao1指數(shu)具有(you)顯(xian)著差異。瘤(liu)胃、內質網中的(de)Shannon和(he)(he)(he)Chao1指數(shu)顯(xian)著高于(yu)其(qi)他部位，空腸(chang)中的(de)豐(feng)富(fu)度和(he)(he)(he)多樣(yang)(yang)(yang)性(xing)是(shi)所有(you)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)中最(zui)低的(de)。雙峰駝GIT中總共檢測(ce)到27個(ge)門。主(zhu)要的(de)門是(shi)Firmicutes（39.97%），Verrucomicrobia（21.10%）和(he)(he)(he)Bacteroidetes（18.94%）。Firmicutes是(shi)GIT中所有(you)細菌群落的(de)優勢(shi)(shi)門。Bacteroidetes是(shi)前胃第二(er)大(da)優勢(shi)(shi)門，而(er)Verrucomicrobia在回腸(chang)、盲(mang)腸(chang)、結腸(chang)和(he)(he)(he)糞(fen)便中是(shi)第二(er)大(da)優勢(shi)(shi)門。只有(you)Firmicutes，Verrucomicrobia，Bacteroidetes，lanctomycetes，Proteobacteria，Spirochaetes，Tenericutes，Actinobacteria，Cyanobacteria和(he)(he)(he)Lentisphaerae在所有(you)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)中都存在。十二(er)指腸(chang)樣(yang)(yang)(yang)品(pin)(pin)中門水平最(zui)多（27個(ge)門），回腸(chang)中門最(zui)少（19個(ge)）。
雙峰駝GIT中(zhong)總(zong)共檢(jian)測到282個屬(shu)。但是49.13%序列(lie)屬(shu)于(yu)未知微生物。GIT中(zhong)比(bi)較(jiao)多的(de)(de)屬(shu)是Akkermansia，Fibrobacter，Prevotella，5–7N15，Pseudomonas，Burkholderia和(he)Lactobacillus。優勢分類單元，比(bi)如Prevotella，Fibrobacter，unclassifed Bacteroidales，unclassifed BS11和(he)unclassifed Clostridiales在前(qian)胃(wei)中(zhong)顯著(zhu)富(fu)集(ji)。而與GIT其他(ta)樣品相(xiang)比(bi)，Akkermansia，5–7N15和(he)unclassifed Ruminococcaceae在大腸(chang)和(he)回腸(chang)中(zhong)更為富(fu)集(ji)。其他(ta)的(de)(de)門(men)比(bi)如Lactobacillus，Burkholderia和(he)Pseudomonas在十二(er)指(zhi)腸(chang)和(he)空腸(chang)中(zhong)較(jiao)優勢。皺胃(wei)、十二(er)指(zhi)腸(chang)和(he)空腸(chang)中(zhong)的(de)(de)unclassifed Bifdobacteriaceae的(de)(de)相(xiang)對豐度顯著(zhu)高于(yu)GIT中(zhong)其他(ta)樣品。
圖1 11頭雙(shuang)峰(feng)駝胃腸道不(bu)同(tong)區(qu)段的菌(jun)群豐富(fu)度和系(xi)統發育多樣(yang)性(xing)
表(biao)1 測(ce)序(xu)基本信息和Alpha多樣性差異比較
圖2 雙峰(feng)駝腸道中部分(fen)屬(shu)的豐富(fu)度
圖3 PCA主成分分析
2、雙峰駝GIT中菌群特(te)征
Weighted UniFrac PCoA分(fen)析(xi)表明，不同樣品之間(jian)微生物分(fen)布有差異，（i）前(qian)胃（瘤胃、內(nei)質網、皺胃）和(he)（ii）回腸(chang)和(he)大腸(chang)（結腸(chang)、空(kong)腸(chang)和(he)糞便）在空(kong)間(jian)上(shang)被區分(fen)開（Adonis P=0.001，R2=0.57）。
為了確(que)定GIT中菌群(qun)的(de)相(xiang)關(guan)性，隨后進行(xing)了相(xiang)關(guan)分析。GIT上下段(duan)部(bu)位的(de)微生物群(qun)落(luo)組成顯著不同。瘤胃(wei)、皺胃(wei)和(he)內(nei)質網的(de)菌群(qun)比較相(xiang)似。GIT下游區段(duan)（盲腸(chang)(chang)、結腸(chang)(chang)和(he)糞便）也(ye)觀(guan)察到較高(gao)的(de)相(xiang)似性。回腸(chang)(chang)和(he)GIT下游段(duan)也(ye)有較高(gao)的(de)相(xiang)似性。
3、總細菌數量(liang)
通過(guo)RT-PCR檢(jian)測細菌(jun)(jun)16S rRNA基因拷貝數(shu)(shu)來評估GIT不同(tong)腸段(duan)總細菌(jun)(jun)數(shu)(shu)量。雙峰(feng)駝GIT不同(tong)部(bu)位細菌(jun)(jun)密度有顯著的(de)區(qu)別(bie)。結腸和(he)糞(fen)便(bian)中檢(jian)測到更多的(de)細菌(jun)(jun)數(shu)(shu)量。空腸中細菌(jun)(jun)的(de)數(shu)(shu)量顯著低(di)于其他(ta)樣品。前胃中細菌(jun)(jun)的(de)數(shu)(shu)量也比(bi)糞(fen)便(bian)樣品低(di)。
圖4 雙峰駝GIT中細菌數量
4、菌群功能預測
在(zai)所(suo)有樣品中(zhong)(zhong)，檢測到41個基因家(jia)族，其(qi)中(zhong)(zhong)許多基因在(zai)膜運輸、碳(tan)水化合物(wu)代(dai)謝(xie)、氨(an)基酸代(dai)謝(xie)、復(fu)制和(he)修復(fu)以及能(neng)量(liang)代(dai)謝(xie)中(zhong)(zhong)起作(zuo)用。在(zai)GIT樣品中(zhong)(zhong)，40個特(te)異基因家(jia)族有顯(xian)著差異。在(zai)前(qian)(qian)胃中(zhong)(zhong)，參與(yu)氨(an)基酸代(dai)謝(xie)，復(fu)制和(he)修復(fu)的(de)基因的(de)相(xiang)對豐度顯(xian)著高(gao)于在(zai)其(qi)他解剖(pou)位(wei)置中(zhong)(zhong)觀察到的(de)。然(ran)而(er)，GIT下游的(de)細(xi)菌顯(xian)著富(fu)含與(yu)碳(tan)水化合物(wu)代(dai)謝(xie)相(xiang)關的(de)物(wu)種類別。糞便和(he)其(qi)他部(bu)位(wei)樣品KEGG功能(neng)預測相(xiang)比(bi)(bi)，它(ta)們在(zai)微生(sheng)物(wu)群落的(de)預測功能(neng)中(zhong)(zhong)具有顯(xian)著的(de)富(fu)集(ji)作(zuo)用。特(te)別是(shi)通(tong)過比(bi)(bi)較不同部(bu)位(wei)與(yu)疾(ji)病相(xiang)關的(de)功能(neng)，發現前(qian)(qian)胃比(bi)(bi)其(qi)他部(bu)位(wei)含有更多與(yu)代(dai)謝(xie)疾(ji)病和(he)免疫系(xi)統相(xiang)關的(de)功能(neng)。但是(shi)，在(zai)腸道中(zhong)(zhong)檢測到癌癥和(he)傳染(ran)病的(de)功能(neng)比(bi)(bi)例很高(gao)，特(te)別是(shi)在(zai)十二指腸和(he)空腸中(zhong)(zhong)。
表2 不(bu)同(tong)GI腸段(duan)屬水平(ping)豐度(du)相關(guan)性
圖5 代(dai)謝功(gong)能(neng)預(yu)測和STAMP分析
總結
本研究描(miao)述了(le)(le)雙(shuang)峰駝GIT中微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)群(qun)(qun)(qun)落特征。在(zai)GIT的不(bu)同位置(zhi)，微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)群(qun)(qun)(qun)落的組成(cheng)(cheng)和(he)多樣(yang)性(xing)的變化是(shi)不(bu)同的。盡(jin)管糞便微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)群(qun)(qun)(qun)落與大腸(chang)內的微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)群(qun)(qun)(qun)落顯著相似，但是(shi)糞便不(bu)能完全代表GIT的微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)群(qun)(qun)(qun)落。因此，這項研究展示了(le)(le)對胃腸(chang)道全區段進行微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)組解析的必要性(xing)。當然，還(huan)需要進一步研究以了(le)(le)解決(jue)定腸(chang)道段間和(he)個體間微(wei)(wei)生物(wu)(wu)(wu)群(qun)(qun)(qun)落組成(cheng)(cheng)的影響(xiang)因素。
本研究的測序和(he)數據(ju)分析工作(zuo)由上(shang)海派(pai)森諾生(sheng)物(wu)科技股份(fen)有限公司完成。
文章索引：
Jing He, LiYi, Le Hai, Liang Ming, Wanting Gao & Rimutu Ji (2018).Characterizing the bacterial microbiota in diferent gastrointestinal tract segments of the Bactrian camel.Scientific Reports 8:654
原文鏈接(jie)：
