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文献解读|大熊猫独特的肠道微生物群参与蛋白质代谢,有助于其对竹子的饮食适应

 

 简介 

 

大熊猫在分类学上属于食肉目,并拥有典型食肉类动物的胃肠道特征,但其主要以高纤维的竹子为食物。前期研究发现大熊猫肠道微生物包含少量降解纤维/半纤维素的酶,但含量显著低于草食动物。因此,大熊猫肠道微生物对宿主食性改变的适应性贡献仍有待深入探究。

 

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英文标题:The unique gut microbiome of giant pandas involved in protein metabolism contributes to the host’s dietary adaption to bamboo

中文标题:大熊猫独特的肠道微生物群参与蛋白质代谢,有助于其对竹子的饮食适应

发表时间&期刊:2023.08.14&Microbiome(IF:15.5)

作者&单位:佛山科学技术学院生命科学与工程学院邓飞龙博士为论文第一作者,该校为第一署名单位,中国国家大熊猫中心王承东、李德生正高级工程师为共同一作,该校李英研究员和美国阿肯色大学赵江潮教授为共同通讯作者。

测序技术:ONT宏基因组;Illumina宏基因组、宏转录组;LC–MS/MS非靶代谢;

 

 技术路线 

 

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 主要结果 

 

1.宏基因组数据组装与分箱

二代、三代宏基因组单样品平均测序数据量为27.42G和66.58G,结合从NCBI下载的相关研究数据,分箱后获得408个非冗余MAG(图1A),148个为高质量(完整性≥90%,污染≤5%)(图1B),被划分为10门59个细菌科(图1C)。

 

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图1 A.408个MAG构建的系统发育树;B.MAG的完整性和污染分布;C.不同水平MAG的分类

 

2. 参与营养代谢的微生物代谢途径

食肉动物的相关代谢基因与食草、杂食动物显著不同(图2A),基因表达量方面也是如此(图2B)。肉食动物编码内切-1,4- β -木聚糖酶(图2C)、纤维二糖磷酸化酶(图2D)和内切纤维素酶(图2E)的基因丰度和表达量均显著低于食草动物。

 

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图2不同生物肠道菌群中纤维代谢酶相关基因的组成及表达模式

 

3.不同生物肠道菌群的氨基酸降解与合成相关基因

不同生物,参与氨基酸降解的基因显著不同(图3A),表达量方面猫和大熊猫很相似(图3B)。在氨基酸合成方面,大熊猫则与其他生物显著不同(图3C、D)。

 

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图3 不同生物肠道菌群氨基酸代谢相关基因的丰度及表达模式

 

4. 大熊猫肠道菌群的必需氨基酸生物合成

根据肠道中非解乳糖链球菌的相对丰度,将大熊猫分成H、M、L 3组。对3个氨基酸合成通路进行分析,H组map00300、map00400通路的丰度显著高于M、L 组(图4)。

 

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图4 必需氨基酸生物合成KEGG通路的相对丰度

 

5.小鼠灌喂实验证明链球菌在氨基酸合成中的作用

无论非必需氨基酸或必需氨基酸,LS组含量都显著高于LC组,NS组也比NC组高(图5A、B);喂食链球菌后实验组3种氨基酸(图5C、D、E)的含量也都高于对照组。

 

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图5 不同处理下小鼠肠道氨基酸含量

 

注:NEAA, non-essential amino acids非必须氨基酸;EAA, essential amino acids 必须氨基酸;L, low protein diet,低蛋白饲养;N, normal-protein diet正常蛋白饲养;C, administered with PBS灌胃磷酸缓冲液,即对照组;S, administered with S. alactolyticus solution灌胃非解乳糖链球菌,即实验组;

 

 研究结论 

 

大熊猫的肠道微生物群在蛋白质代谢中发挥重要作用,非解乳糖链球菌是数量最多的细菌,参与了大熊猫肠道的蛋白质代谢。这些数据不仅大大提高了对微生物多样性和代谢潜力的认识,而且为未来的相关研究提供了基础。

 

参考文献:

[1] Deng F L et al. The unique gut microbiome of giant pandas involved in protein metabolism contributes to the host’s dietary adaption to bamboo. Microbiome. 2023.

 

 


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