2016-10-08
在人和動物腸道內(nèi)定植著龐大的微生物群，這些微生物統(tǒng)稱為腸道菌群。腸道菌群在與其宿主長期的共生共代謝過程中不斷進化，可以消化各種植物多糖以及其他營養(yǎng)物質(zhì)，是一個巨大而復雜的生態(tài)系統(tǒng)。鵝作為家禽中的重要一員，除了為人類提供肉、蛋、羽毛等畜產(chǎn)品外，自身也有很多獨特的生理特征，如極強的肝臟脂肪沉積能力，以及作為水禽它能夠消化植物纖維的能力等。然而，迄今為止，關(guān)于這些特性研究的較少，其分子機制還不十分清楚。
首先，該研究采用Illumina MiSeq和HiSeq高通量測序技術(shù) ，對四川白鵝進行全基因組從頭測序，得到高質(zhì)量的鵝基因組序列圖譜，拼接得到的基因組大小為1.10 Gb，基因組完整度為91.83%。在獲得高質(zhì)量的基因組圖譜后，采用從頭預測、近源物種蛋白同源預測結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的方法預測得到16,288個蛋白編碼基因，其中，83.13%的蛋白序列能注釋到NR、KEGG、KOG或GO數(shù)據(jù)庫中。鵝基因組中重復序列的比例為6.9%。對鵝的進化分析顯示，鵝和其祖先鴻雁在距今3.4~6.3 Mya發(fā)生分歧。在距今35~4.5萬年，鵝和鴻雁的有效種群數(shù)量穩(wěn)步增長；在距今4.5~2.5萬年，鵝和其祖先鴻雁均遭遇了遺傳瓶頸事件；隨后，鵝的有效種群數(shù)量維持平衡，而鴻雁的有效種群數(shù)量則快速增加。
對鵝、雞、鴨和斑胸草雀四個物種基因組進行基因家族分析，發(fā)現(xiàn)鵝基因組中有197個基因發(fā)生擴張，1,849個基因發(fā)生收縮。結(jié)合dN/dS分析結(jié)果顯示，在鵝中發(fā)生基因家族擴張或快速進化的基因主要富集在能量代謝、碳水化合物和脂肪代謝、核苷酸和氨基酸代謝以及次級代謝物代謝。這一結(jié)果印證了鵝對環(huán)境的高度適應性。
其次，研究對鵝和雞的腸道菌群進行宏基因組測序和比較分析 。結(jié)果顯示，這兩種動物共享了超過2000個物種（OTU水平），各自獨有的微生物物種數(shù)約350個。然而，兩者的整體組成差異明顯：雖然兩者在門水平都以厚壁菌門（Firmicutes）和變形菌門（Proteobacteria）為優(yōu)勢類群，但在屬水平，鵝腸道中富集了乳桿菌屬（Lactobacillus）、鏈球菌屬（Streptococcus）、乳球菌屬（Lactococcus）、梭菌屬（Clostridium）、消化球菌屬（Peptococcus）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）和瘤胃球菌屬（Ruminococcus）等屬，這些厭氧微生物普遍可以利用食物中的蛋白和糖類，發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸。同時，兩者腸道菌群的多樣性也具有一定差異，鵝腸道菌群的豐富度較低（P<0.01），但兩者的整體多樣性差異不明顯。
在此基礎上，研究對鵝基因組和腸道菌群宏基因組進行了功能整合分析 。分析發(fā)現(xiàn)，相比于雞，鵝基因組屬于擴張和快速進化的基因家族中，聚糖降解相關(guān)的代謝通路均得到了顯著的富集。由于植物纖維的主要成分就是多聚糖，這些代謝通路的富集反映了鵝自身對于消化高纖維食物的適應性。雖然這些與糖代謝相關(guān)的擴張和快速進化的基因家族并未在鵝腸道宏基因組中富集，但鵝腸道中卻富集了消化纖維素相關(guān)的糖酵解/糖異生途徑，從而幫助鵝將復雜的纖維素多糖降解為丙酮酸，并順利進入三羧酸（Tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)。因此，整合分析不僅發(fā)現(xiàn)了鵝食草性相關(guān)的代謝網(wǎng)絡，還揭示了鵝自身基因組與其腸道宏基因組之間的互作、互補。
該研究是重慶市畜牧科學院王啟貴研究員課題組和上海交通大學孟和教授課題組合作完成。文章于2016年9月9日在線發(fā)表在《Scientific Reports》。該研究高通量測序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
原文索引：
Guangliang Gao, Xianzhi Zhao, Qin Li, Chuan He, Wenjing Zhao, Shuyun Liu, Jinmei Ding, Weixing Ye, Jun Wang, Ye Chen, Haiwei Wang, Jing Li, Yi Luo, Jian Su, Yong Huang, Zuohua Liu, Ronghua Dai, Yixiang Shi, He Meng & Qigui Wang Genome and metagenome analyses reveal adaptive evolution of the host and interaction with the gut microbiota in the goose.Scientific Reports 6, 32961.doi:10.1038/srep32961（2016）.
