【派森诺项目文章】歧化选择使胖鸡肠道菌群的组成和功能通路都改变！

发表期刊

《Genetics Selection Evolution》

影响因子

2.895

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派森诺生物在肠道微生物组研究领域已积累了非常丰富的经验。继之前多篇肠道微生物文章发表后，如今又与上海交通大学再次联手，于2016年在《Genetics Selection Evolution》（最新影响因子2.895）上发表鸡肠道菌群相关论文一篇。

1.  研究背景

肠道中定植的大量微生物构成了复杂而庞大的微生物网络。这些肠道微生物与宿主之间存在着复杂的共生、共代谢及共同演化关系。已有研究表明，宿主所表现出来的许多生理性状及慢性病，如肥胖、高血压、糖尿病等，都与肠道微生物有关。然而，肠道微生物与宿主间相互作用的特点和规律，尚不清楚。现如今的研究大都集中体现在肠道微生物的分类及组成差异对宿主的影响，而鲜有以肠道菌群的功能特性差异为出发点对肠道微生物与宿主间的相互作用进行研究。

2.  研究目的

为了最大程度地降低肠道微生物的复杂度，及尽可能地减小母体遗传的影响，本实验以鸡为生物模型，以其腹部脂肪重量为筛选指标，通过15代的歧化选择，筛选出了两组鸡样本。其中肥胖组的腹部脂肪重量为瘦组的4.5倍。结合微生物多样性组成谱研究和宏基因组学研究，对两组鸡的粪便样本分别进行微生物多样性和宏基因组测序，旨在通过对两组样本间的微生物多样性差异及功能差异进行比较，探究肠道微生物与不同生理性状的宿主间的互相作用机制。

3.研究方法

1、  测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台

测序模式：微生物组16S rRNA基因V4区测序

实验对象：肥胖组公鸡29只、母鸡27只； 瘦组公鸡26只、母鸡27只

实验设计：分别采集肥胖组和瘦组的公鸡和母鸡的第35周的粪便样本

2、  测序技术：Illumina HiSeq 2000高通量测序平台

测序模式：2*100bp

实验对象：肥胖组母鸡3只

                    瘦组母鸡3只

实验设计：分别采集肥胖组和瘦组的母鸡的第35周的粪便样本

4.  研究结果

对109份鸡粪便样本进行微生物多样性组成谱测序，数据分析结果显示，长期的歧化选择使得肥胖组和瘦组的部分肠道微生物种类表现出丰度差异。在两组鸡粪便样本中，我们发现，有4个门水平的微生物在鸡肠道中占据主导地位。其中，Firmicutes所占比重最大，其次为Proteobacteria、Fusobacteria和Actinobacteria。在门水平，两组中的占比差异最大的为Fusobacteria（肥胖组为8%，瘦组为18%），其次为Proteobacteria（肥胖组为33%，瘦组为24%）。在属水平，两组中的占比差异最大的为Fusobacterium（肥胖组为9%，瘦组为20%）。分析及统计结果显示，两组样本间共有8个门、52个属、11个种的微生物差异较为显著。

肥胖组和瘦组鸡肠道菌群在门、属、种水平的组成。

肥胖组和瘦组鸡肠道菌群有差异的属

对6份母鸡粪便样本进行宏基因组测序，将非冗余蛋白序列集与KEGG代谢通路数据库比对，得到不同代谢通路的KO注释信息。结果发现，瘦组样本的氨基酸代谢、能量代谢、脂代谢及细胞运动性的代谢通路占比是肥胖组的两倍。而在肥胖组样本中，蛋白翻译、信号转导、萜类化合物和聚酮类化合物代谢、蛋白折叠、次级代谢产物的合成及癌症等相关通路较丰富。

肥胖组和瘦组鸡肠道菌群KEGG代谢通路的比较

通过对宏基因组数据进行分析发现，差异较显著的代谢通路中，在瘦组中，肌醇磷酸代谢、抗原加工和表达、膦酸酯和次膦酸酯代谢更为丰富；与之相反地，在肥胖组中，更多的则是三羧酸循环、PPAR信号通路、固磷作用、细胞粘附分子等相关代谢通路。

肥胖组和瘦组鸡肠道菌群有差异的KEGG代谢通路

通过热图，我们可以更深入地解析肥胖组和瘦组样本间的微生物功能分布规律。热图结果显示，在瘦组，转氨酶、精氨酸脱羧酶、细胞色素氧化酶、肌醇磷酸磷脂激酶等参与氨基酸代谢、能量代谢和碳水化合物代谢的蛋白含量，要比肥胖组高。然而，在肥胖组，枯草杆菌肽系统透性酶蛋白、柠檬酸裂解酶连接酶、核糖核苷二磷酸还原酶等参与免疫系统疾病、信号转导和核苷酸代谢的蛋白含量较高。

肥胖组和瘦组鸡肠道菌群中，有显著差异的KEGG代谢通路热图

5.  总结

研究表明，宿主的遗传学特性会影响其肠道微生物的丰度和组成。在本研究中发现，肥胖组和瘦组肠道中，有11个属水平的微生物具有显著性差异。其中，Pectinatus frisingensis、Lactobacillus salivarius、Micrococcus sp. SMCC ZAT352与脂肪的形成相关。除此之外，一些信号通路及代谢途径也参与到了脂肪的贮存中，如在肥胖组出现较多的PPAR信号通路、三羧酸循环等。因此，我们有理由相信，肠道微生物在宿主的代谢功能方面，承担了很重要的角色。宿主的遗传性状和其肠道微生物间存在着功能上的相互作用。

另外，本研究的一大亮点是，将微生物多样性测序和宏基因组测序相结合，不仅对两组样本间的微生物组成及丰度差异进行了很好地比较，而且在功能代谢层次较为深入地比较了两组的区别，证实了宿主的遗传性状和其肠道微生物之间存在较为密切的相互联系，也使得本研究的结论更有说服力，这一点是相当值得借鉴的！

本研究的测序和数据分析工作由上海派森诺生物科技股份有限公司完成。

文章索引

Ding J, Zhao L, Wang L, et al. Divergent selection-induced obesity alters the composition and functional pathways of chicken gut microbiota[J]. Genetics Selection Evolution, 2016, 48(1): 93.

文案  微生物组事业部

派森诺生物

上海派森诺生物科技股份有限公司于2016年5月4日正式挂牌新三板（股票代码837170），是一家集科技服务、健康医学、产品研发为一体的国内知名高新技术企业。旗下子公司包括上海桑尼生物技术有限公司、上海派森诺医学检验所有限公司。现拥有一代（常规测序）、二代（高通量测序）和三代（单分子测序）等新型测序平台和相关仪器设备，同时拥有一支由多名基因组学和生物信息学专家带队的测序合成、产品研发及信息分析为一体的王牌技术团队。

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