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。

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；

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）。

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。

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）。

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）。

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。

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；

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.