原創(chuàng) 章勇 牧音
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越來越多的科學(xué)研究表明，宿主遺傳信息關(guān)聯(lián)著腸道微生物，而腸道微生物的改變也關(guān)聯(lián)宿主表型、免疫及疾病治療。所以，當(dāng)前普遍的研究共識是，宿主與微生物的相互作用是驅(qū)動機(jī)體進(jìn)化的重要因素。
雖然這些共識說得輕巧，但這其中，宿主的遺傳變異是否影響以及如何影響其自身的腸道菌群組成，卻一直是個國際研究熱點(diǎn)及難點(diǎn)。在中國科學(xué)院院士高福看來，宿主遺傳是否影響以及如何影響自身的腸道微生物組成，在國際上存在學(xué)術(shù)爭議。因?yàn)橐b別到宿主遺傳對腸道菌群影響的因果基因突變，非常困難。
“無論是在人類，還是農(nóng)場動物研究領(lǐng)域都已經(jīng)開展了很多研究，但這些研究很多只是找到關(guān)聯(lián)性，并且結(jié)果難于被重復(fù)?！苯鬓r(nóng)業(yè)大學(xué)副教授楊慧向記者補(bǔ)充。
在近日國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表的一篇論文上，中國科學(xué)院院士黃路生及其江西農(nóng)大豬遺傳改良與養(yǎng)殖技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊揭示了一項(xiàng)重大研究成果：發(fā)現(xiàn)ABO血型基因通過調(diào)節(jié)N-乙酰半乳糖胺濃度顯著影響豬腸道中丹毒絲菌科相關(guān)細(xì)菌的豐度，并系統(tǒng)地闡明了其作用機(jī)理。也就是說，他們鑒別到宿主基因組影響腸道菌群組成的因果突變并系統(tǒng)闡明了其中的作用機(jī)理，是為國際上整個農(nóng)業(yè)動物領(lǐng)域首次。
在此篇重量級的論文中，黃路生院士、江西農(nóng)業(yè)大學(xué)首席教授陳從英、引進(jìn)專家米歇爾·喬治教授為文章共同通訊作者，同校的楊慧副教授與吳金鴛博士為文章共同第一作者。
2009年，黃路生教授開始設(shè)計建立嵌合實(shí)驗(yàn)群體，利用四個主要西方豬種與四個主要中國（亞洲）地方豬種輪回混合雜交構(gòu)建全球唯一的家豬嵌合家系。
“當(dāng)時大家的關(guān)注點(diǎn)都在研究腸道微生物對宿主表型的影響，而宿主本身遺傳是否影響以及如何影響腸道微生物這方面的研究基本還沒有，基于此開始這個課題。”楊慧介紹。作為論文的第一作者，她在課題中主要工作是采集樣品，提取微生物DNA以及后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和部分實(shí)驗(yàn)工作。
因?yàn)槟c道菌群受環(huán)境、飲食、健康狀況以及宿主遺傳變異等多重影響，為了找到宿主遺傳與腸道菌群基因突變聯(lián)系，“在項(xiàng)目設(shè)計之初，就嚴(yán)格控制飼料、飼養(yǎng)、健康及環(huán)境條件，將中西方品種雜交增加宿主個體的遺傳變異，這樣才有利于尋找對腸道菌群有影響的因果基因?！睏罨鄹嬖V記者。
自2009年至今的10多年中，江西農(nóng)大黃路生院士研究團(tuán)隊以家豬為研究材料，構(gòu)建了由全世界八個不同商業(yè)品種及中國地方豬種混交的嵌合家系，共計1500多個個體。我們不禁要問：時間跨度這么長，涉及品種這么多的實(shí)驗(yàn)群體構(gòu)建是如何實(shí)現(xiàn)的？
“首先是黃路生院士的精心設(shè)計，其次是在黃路生院士的帶領(lǐng)下實(shí)驗(yàn)全體室?guī)熒木\合作，遇到問題積極討論尋求解決辦法”楊慧說。
楊慧稱，該研究選擇了第六（F6）和第七（F7）兩個世代的個體?！耙?yàn)榍逗霞蚁惦s交到第六和第七代時，8個始祖品種的基因組嵌合已經(jīng)很完全且比較穩(wěn)定了，有利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的開展。此前世代的個體樣本研究組也都收集了基因組信息，這些始祖的基因組信息有利于追蹤后代的遺傳變異?！?/p>
于此，研究團(tuán)隊通過對F6和F7兩個世代1500個實(shí)驗(yàn)個體，每個個體持續(xù)測定3個時間點(diǎn)（出生后25、120及240天），并在出生后第240天屠宰測定每個個體三個腸道部位（回腸、盲腸、糞便）的腸道細(xì)菌組成，證明腸道菌群的組成、豐度具有生長階段和腸道部位的廣泛特異性及多樣性。而目前國際上通常研究中采集的糞便樣品僅能代表菌群組成的一部分。他們通過對F6及F7兩個世代大樣本家豬的系統(tǒng)遺傳解析，鑒別到家豬ABO血型系統(tǒng)中一個350萬年前包含第8外顯子的2.3kb缺失變異。這個基因缺失變異直接導(dǎo)致了家豬腸道中丹毒絲菌科相關(guān)細(xì)菌的豐度差異。
那么，如何才能追溯到350萬年前的基因缺失呢？
楊慧稱，他們對嵌合家系群體的祖代8個家豬品種、亞洲野豬、歐洲野豬、蘇門答臘野豬、菲律賓疣豬、印度尼西亞爪哇疣豬和非洲普通疣豬都進(jìn)行了全基因組測序，然后對ABO基因及附近區(qū)域構(gòu)建進(jìn)化樹，發(fā)現(xiàn)ABO基因2.3kb缺失在以上品種中均有存在，根據(jù)進(jìn)化樹推斷ABO基因2.3kb的缺失應(yīng)該發(fā)生在350萬年前一個古老基因的突變。
“這種基因缺失在中西方家豬和野豬品種都已找到，發(fā)生在350萬年前屬于自然缺失,因?yàn)榇蠹s在1萬年前，近東和中國的豬才被大量馴化。”楊慧解釋。
據(jù)了解，這項(xiàng)成果的發(fā)現(xiàn)，對于提升畜禽飼料轉(zhuǎn)化率及促進(jìn)生長上的意義重大。后續(xù),研究團(tuán)隊將分離、鑒定一些影響家豬生長和飼料轉(zhuǎn)化率的微生物，并通過培養(yǎng)組學(xué)手段將這些細(xì)菌分離培養(yǎng)出來，闡明其和宿主互作機(jī)制，開發(fā)調(diào)控技術(shù)。
原標(biāo)題：《最新研究！江西農(nóng)大闡明宿主基因影響腸道菌群組成》
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