2022-01-21
期刊《mSystems》
影響因子：6.496
去年，我們報道過與上海交通大學孟和教授團隊的合作成果，通過“微生物組—宿主基因組”關聯研究（mGWAS），探討宿主基因組、腸道微生物組和雞白痢沙門氏菌感染之間的聯系，并發現了白痢病雞腸道菌群的可遺傳特征，研究成果發表于微生態領域知名期刊《mSystems》（影響因子：6.496）【派森諾項目文章】MGWAS再顯神通，揭示白痢病雞腸道菌群的遺傳力！（點擊查看）。最近，派森諾與孟教授團隊繼續合作，再次在《mSystems》發表論文，報道了家禽在進化過程中，腸道微生物組與宿主遺傳物質之間復雜的互作關系，為“共生總基因組（Hologenome）”理論提供了有力的證據支持。
研究背景
傳統觀念認為，動植物的自身遺傳物質及其所處周邊環境，對物種性狀有決定性的影響。近年來，越來越多的研究發現一些共生的微生物成員對宿主表型也有至關重要的影響。事實上，宿主遺傳和共生微生物組（如腸道菌群）兩者并非各自獨立、互不影響，彼此之間存在著廣泛而復雜的互作關系。“共生總基因組”理論為我們提供了一個全新視角和范式來理解生物體，即：所有動植物都是由宿主和共生微生物群落構成的“共生總體”（Holobiont），它們之間的共生、共代謝、共進化的關系能共同影響宿主的性狀。盡管如此，目前共生總基因組學研究更多地集中在簡單生物，對于高等生物尚缺乏系統的研究和明確的實驗證據。
研究方法
本研究以世界知名的雞體重雙向選擇家系為動物模型，對大、小體重雞群體的十二指腸、盲腸、結腸、空腸、回腸進行腸道內容物采樣和16S rRNA基因測序和宏基因組測序；并且對雞只的腸道組織進行甲基化水平、小RNA和轉錄組進行測序。最后，將上述多組學測序數據進行整合，以開展不同組學結果間的關聯研究。
研究方法：轉錄組測序、全基因組甲基化測序、小RNA測序、16S rRNA基因V4區測序和宏基因組測序
測序方法：Illumina MiSeq/HiSeq高通量測序平臺
(a) 宿主遺傳和腸道微生物互作；(b) 雞體重雙向選擇家系
研究結果
本研究首先發現，經過多年人工選擇的大、小體重雞只腸道微生物的Alpha多樣性、Beta多樣性和菌群組成結構有顯著差別。
16S rRNA基因測序和雞腸道微生物組分析
其次，本研究還發現，雞宿主腸道的全基因組甲基化水平、小RNA和轉錄組在長期的人工選擇下也發生了顯著的變化。
轉錄組測序、小RNA測序和全基因組甲基化測序分析結果
最后，本研究還通過分析腸道菌群及雞宿主基因表達的相關性，發現兩者存在廣泛的關聯關系。以IGF2BP1基因為例，它受靠近轉錄起始區的一段甲基化區域和miRNA gga-miR-2128調控，在大體重雞的盲腸中顯著高表達。進一步的關聯研究提示，IGF2BP1基因與在大、小體重雞宿主腸道中豐度差異顯著的潛在益生菌存在互作關聯，如乳酸桿菌屬（Lactobacillus）和韋榮球菌屬（Veillonella），從而與微生物組一起，共同作用于雞宿主的體重表型。
宿主基因表達和腸道微生物組的互作及多組學整合關聯分析
總 結
腸道微生物組與動物宿主共同構成“共生總體”，兩者密不可分、共同影響和形成宿主體重性狀。本研究是對共生總基因組理論的一次踐行，為這一假說提供了在高等動物水平的實驗驗證，為動植物宿主及其共生微生物組互作關系的研究奠定了基礎，并形成了可參考的研究思路。
本研究的部分測序和數據分析工作，由上海派森諾生物科技有限公司參與完成。
