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小哺乳动物适应性进化与管理学科组在高原鼠兔肠道菌群组成和功能对苦马豆素化合物的响应研究中取得新进展

2021-12-22  科技处

  高原鼠兔(Ochotona curzoniae)是青藏高原特有的植食性小哺乳动物,在过度放牧地区,高原鼠兔种群呈现出爆发性增长模式,从而进一步加剧了草地生态系统的退化。以棘豆属(Oxytropis)植物为代表的毒杂草是退化草地优势物种,该类植物含有大量的次生代谢物苦马豆素(SW,swainsonine),可导致牲畜中毒,但高原鼠兔却喜食此类植物。SW对高原鼠兔肠道菌群有何影响,是否可调节宿主肠道菌群,与高原鼠兔种群爆发存在何种关系目前尚不清楚。

  为解决上述问题,中国科学院西北高原生物研究所小哺乳动物适应性进化与管理学科组将野外捕获的高原鼠兔在室内进行长期(20周)和短期(2周)饲养,并在饲料中添加SW进行饲喂实验,分别测定高原鼠兔粪便菌群组成和短链脂肪酸(SCFA)浓度。研究结果显示,室内饲养显著降低了高原鼠兔肠道菌群α多样性,对β多样性和功能及核心菌群的丰度均产生显著影响。食物中添加SW可显著增加菌群α多样性。室内饲喂导致菌群共现网络结构简单化,添加SW能够显著增加复杂度。功能分析表明,室内饲养使丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢通路显著降低,添加SW后得到恢复,SW也能够显著降低目标动物的SCFA浓度。高原鼠兔野外种群具有三种肠型,室内饲养降低了肠型的多样性;苦马豆素具有调节核心菌群丰度和肠型的作用,促进肠型发生转变和适应性恢复。该项研究证明,植物次生化合物在调节哺乳动物肠道稳态方面发挥重要作用,有利于宿主健康,与该物种种群增长存在密切的关系。

  此类研究的相关成果以The plant secondary compound swainsonine reshapes gut microbiota in plateau pikas (Ochotona curzoniae)Enterotypes of the gut microbial community and their response to plant secondary compounds in plateau pikas为题分别发表于Applied Microbiology and Biotechnology(2区)和Microorganisms(2区)。博士研究生任世恩、范超,助理研究员张良志为论文共同第一作者,研究员张堰铭为通讯作者。

  该研究得到了国家自然科学基金(31670394)、青海省重大专项“三江源区代表性动物基因资源保护和利用”(2021-ZJ-Y01)和“西部之光-联合学者”项目资助。学科组依托中科院高原生物适应与进化重点实验室和青海省动物生态基因组学重点实验室。

  论文链接:https://doi.org/10.1007/s00253-021-11478-6;https://doi.org/10.3390/microorganisms8091311

图1 高原鼠兔肠道菌群多样性和结构

图2 核心细菌的共现性网络关系图

图3 高原鼠兔肠型和菌群多样性对饮食干预的响应