2017-08-01
派(pai)森(sen)諾生(sheng)物與上海交通大(da)學農業與生(sheng)物學院(yuan)孟和(he)教授(shou)團(tuan)隊合(he)作，在《Frontiers in Microbiology》（影響因子：4.076）發表(biao)研究成果，揭示腸道(dao)菌群與宿(su)主體液免疫的互作關(guan)系和(he)共進化特征。
1 研究背景
宿(su)主(zhu)體(ti)(ti)(ti)液免疫(yi)(yi)即以B細胞(bao)產生(sheng)抗(kang)體(ti)(ti)(ti)，用以保護宿(su)主(zhu)的(de)為目(mu)的(de)的(de)免疫(yi)(yi)機(ji)制；而(er)(er)腸道菌群與宿(su)主(zhu)長期相互適(shi)應并共進化，形成了復雜而(er)(er)又緊密的(de)相互作(zuo)(zuo)用，共同構成一個密不可分的(de)整體(ti)(ti)(ti)。目(mu)前已有報(bao)道腸道菌群參與宿(su)主(zhu)免疫(yi)(yi)調(diao)節機(ji)制，但體(ti)(ti)(ti)液免疫(yi)(yi)和腸道微(wei)生(sheng)物的(de)抗(kang)體(ti)(ti)(ti)反應如何相互調(diao)節尚不得而(er)(er)知。本研究用綿羊紅細胞(bao)作(zuo)(zuo)為抗(kang)原處理模型生(sheng)物雞，經過(guo)40代免疫(yi)(yi)差異選擇(ze)，探尋(xun)宿(su)主(zhu)體(ti)(ti)(ti)液免疫(yi)(yi)與腸道菌群間的(de)互作(zuo)(zuo)關(guan)系(xi)。
2 研(yan)究方法
測序(xu)技(ji)術(shu)：Illumina MiSeq高通量測序(xu)平(ping)臺
測序模式(shi)：微(wei)生物組16S rRNA基因(yin)V4區測序
樣本來源：白來航雞腸道
實(shi)驗設計：嚴(yan)(yan)(yan)格(ge)選(xuan)(xuan)育(yu)高(gao)抗(kang)反應(ying)(ying)組（HAS），嚴(yan)(yan)(yan)格(ge)選(xuan)(xuan)育(yu)低(di)抗(kang)反應(ying)(ying)組（LAS）；非(fei)嚴(yan)(yan)(yan)格(ge)選(xuan)(xuan)育(yu)高(gao)抗(kang)反應(ying)(ying)組（HAR），非(fei)嚴(yan)(yan)(yan)格(ge)選(xuan)(xuan)育(yu)低(di)抗(kang)反應(ying)(ying)組（LAR）
3 研(yan)究結果
114個(ge)(ge)(ge)樣品(pin)(pin)經Illmina MiSeq平臺測序，共(gong)(gong)產出8927926條序列，平均每個(ge)(ge)(ge)樣品(pin)(pin)78315條；序列平均長度227bp；在(zai)這些樣本中，總(zong)共(gong)(gong)發現了19個(ge)(ge)(ge)門、41個(ge)(ge)(ge)綱(gang)、66個(ge)(ge)(ge)目、117個(ge)(ge)(ge)科和223個(ge)(ge)(ge)屬(shu)微生物。
3.1 長期宿主抗(kang)體差(cha)異選擇對腸道(dao)菌群結(jie)構的影響
經(jing)(jing)長(chang)期宿主(zhu)抗(kang)(kang)(kang)體差異選擇，高抗(kang)(kang)(kang)組與(yu)低抗(kang)(kang)(kang)組在腸(chang)道(dao)菌群(qun)組成(cheng)中(zhong)表現(xian)出明顯(xian)的(de)(de)差異；其中(zhong)圖(tu)A為(wei)經(jing)(jing)傳代(dai)培(pei)養的(de)(de)嚴格與(yu)非嚴格選育的(de)(de)高抗(kang)(kang)(kang)組與(yu)抵(di)抗(kang)(kang)(kang)組樣品變化趨勢(shi)；圖(tu)B中(zhong)通過CAP主(zhu)坐標典(dian)型相(xiang)關分析可(ke)以看出4個處理組中(zhong)腸(chang)道(dao)菌群(qun)組成(cheng)存在顯(xian)著差異；圖(tu)C中(zhong)分別顯(xian)示的(de)(de)是(shi)高抗(kang)(kang)(kang)組與(yu)抵(di)抗(kang)(kang)(kang)組中(zhong)主(zhu)要存在的(de)(de)優勢(shi)菌群(qun)。
3.2 與宿(su)主抗體(ti)反應的相(xiang)關(guan)微(wei)生物
LEfSe分(fen)析分(fen)別顯(xian)(xian)示嚴格(ge)與(yu)(yu)非(fei)嚴格(ge)選育高(gao)抗組(zu)與(yu)(yu)抵抗組(zu)間差異顯(xian)(xian)著(zhu)的菌群，其中(zhong)(zhong)門水平有2個(ge)物(wu)種在(zai)(zai)(zai)(zai)HAS與(yu)(yu)LAS組(zu)中(zhong)(zhong)顯(xian)(xian)著(zhu)差異，有4個(ge)物(wu)種在(zai)(zai)(zai)(zai)HAR與(yu)(yu)LAR組(zu)中(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)(zai)(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)差異；屬水平中(zhong)(zhong)21個(ge)物(wu)種在(zai)(zai)(zai)(zai)HAS與(yu)(yu)LAS組(zu)中(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)(zai)(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)差異，35個(ge)物(wu)種在(zai)(zai)(zai)(zai)HAR與(yu)(yu)LAR組(zu)中(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)(zai)(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)差異。
基于(yu)(yu)屬水平物種豐度，Anaerobiospirillum、Coprococcus、Oscillospira、Sutterella在(zai)HAR組(zu)中(zhong)(zhong)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)(zhu)增加；Lactobacillus與Pseudomonas在(zai)LAR組(zu)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)(zhu)增加；同時Pseudomonas與Erwinia在(zai)HAS組(zu)中(zhong)(zhong)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)(zhu)降低；Sporosarcina與Coprococcus在(zai)LAS組(zu)中(zhong)(zhong)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)(zhu)降低；基于(yu)(yu)PICRUSt軟件(jian)進行腸道菌群代謝(xie)功能(neng)預測，發(fa)現在(zai)內(nei)分(fen)泌系(xi)統(tong)功能(neng)、排泄系(xi)統(tong)功能(neng)等(deng)在(zai)高抗體組(zu)中(zhong)(zhong)豐度顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)(zhu)高于(yu)(yu)抵(di)抗組(zu)；免疫系(xi)統(tong)疾(ji)病(bing)、傳染性疾(ji)病(bing)在(zai)抵(di)抗體組(zu)中(zhong)(zhong)顯(xian)(xian)(xian)著(zhu)(zhu)富集(ji)。
3.3 嚴(yan)格(ge)與非嚴(yan)格(ge)選育腸道菌群動態變化(hua)
LEfSe分析分別顯(xian)(xian)示(shi)其高抗組與抵抗組中(zhong)(zhong)的(de)嚴格選(xuan)育(yu)及非嚴格選(xuan)育(yu)間的(de)顯(xian)(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)差(cha)(cha)(cha)異(yi)菌群，其中(zhong)(zhong)門水平中(zhong)(zhong)有8個物(wu)(wu)種在(zai)(zai)(zai)HAS與HAR組中(zhong)(zhong)顯(xian)(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)差(cha)(cha)(cha)異(yi)，但僅(jin)有一個物(wu)(wu)種在(zai)(zai)(zai)LAS與LAR組中(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)(zai)(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)差(cha)(cha)(cha)異(yi)；屬(shu)水平中(zhong)(zhong)39個物(wu)(wu)種在(zai)(zai)(zai)HAS與HAR組中(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)(zai)(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)差(cha)(cha)(cha)異(yi)，27個物(wu)(wu)種在(zai)(zai)(zai)LAS與LAR組中(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)(zai)(zai)顯(xian)(xian)著(zhu)(zhu)(zhu)差(cha)(cha)(cha)異(yi)。
基于(yu)PICRUSt軟件(jian)進行腸道(dao)菌群代(dai)謝(xie)(xie)功(gong)能預測，并(bing)通過STAMP軟件(jian)計算組間功(gong)能通路(lu)豐度(du)差異；其(qi)中在非嚴格(ge)(ge)選(xuan)育組中能量代(dai)謝(xie)(xie)、代(dai)謝(xie)(xie)類型疾病等功(gong)能通路(lu)顯著富集；脂代(dai)謝(xie)(xie)、傳染(ran)性疾病等功(gong)能通路(lu)在嚴格(ge)(ge)選(xuan)育中顯著富集。
4 研究結論
研(yan)究(jiu)人(ren)員用雞作為模(mo)型生(sheng)物(wu)，研(yan)究(jiu)宿(su)主免疫(yi)(yi)與腸道微生(sheng)物(wu)兩者的互(hu)作關系(xi)和共(gong)進(jin)化(hua)特征。研(yan)究(jiu)表明，腸道菌(jun)群(qun)與宿(su)主免疫(yi)(yi)進(jin)化(hua)間存在共(gong)同促進(jin)的作用；菌(jun)群(qun)代謝功能(neng)預(yu)測分析結果同樣表明，兩組在免疫(yi)(yi)系(xi)統及傳染性疾病途(tu)徑中(zhong)均存在顯著改變。基于上述發現，本(ben)研(yan)究(jiu)首(shou)次提(ti)出了腸道菌(jun)群(qun)和宿(su)主體液免疫(yi)(yi)的共(gong)同微進(jin)化(hua)（Co-microevolution）的概念。
本研究的測序(xu)和數據分析工(gong)作(zuo)由上海(hai)派森諾生物科技股份有(you)限公司完成。
參考文獻
Yang L, Liu S, Meng H, et al. ;[J]. Frontiers in Microbiology, 2017.
