基于鸡体重双向选择家系研究宿主-肠道微生物互作的分子机制

Animals are super organisms not only having their own bodies and organs, but having a large group of gut microbiota. There are many complicated mechanisms happening between hosts and their GI microbes which include symbiosis, co-metabolism and co-evolution. With the rapid development of the next generation sequencing (NGS), animal microbiota becomes a new popular research focus. However, many studies are related to environmental and physiological aspects, such as diets, metabolism, sexuality, ages or diseases. Relatively fewer researches were trying to figure out host effects on GI microbes. Based on our previous studies, by using chicken lines which were divergently selected for high and low juvenile body weight as the model, host intestinal mRNA transcriptome, genomic DNA methylation and GI track microbe species and distribution was intensively investigated. Interactions between host gene expression regulation and epigenetic decoration and gut microbiota had been analyzed, which will bring new insights into the molecular mechanisms of host including humans and microbe interactions.

动物是由宿主自身及其大量肠道微生物共同构成的“超级生物体”，宿主和肠道微生物间存在着复杂的共生、共代谢、共进化关系，肠道微生物受环境和遗传因素共同影响。近几年随着新一代高通量测序技术飞速发展，动物肠道微生物宏基因组学成为研究热点，但是更多的研究地围绕着饮食、代谢、性别、年龄及其疾病等环境因素和生理因素进行，而宿主遗传因素对肠道微生物影响的研究较少。本研究拟在前期研究工作基础上，以经过高度选育的鸡体重双向选择家系作为研究模型，检测宿主肠道组织mRNA转录表达、基因组DNA的甲基化以及肠道菌群的组成和分布，分析宿主基因表达调控和表观修饰同肠道菌群的关系，为对包括人类在内的动物宿主-肠道微生物互作的分子机制研究提供基本借鉴和参考。

本课题以体重性状双向选择家系、绵羊红细胞免疫抗体滴度双向选择家系和腹脂双向选择家系为研究模型，采用新一代高通量测序技术，检测宿主肠道组织mRNA和miRNA转录表达、基因组DNA甲基化修饰以及肠道菌群的组成和分布，从转录组学、表观组学、微生物组学层面分析比较当机体受到强烈的人工选择和干预，宿主和肠道微生物发生怎样的适应性改变，并从共生总体和共生总基因组的视角，对多组学信息进行系统的整合分析，旨在了解宿主遗传基础、生理性状、肠道微生物间可能存在的内在联系，为对包括人类在内的动物宿主-肠道微生物共生、共进化的分子机制研究提供基本借鉴和参考。. 在经过长期的人工双向选择后，三种家系肠道微生物区系的群落结构发生显著的改变。以体重双向选择家系为例，其盲肠微生物在高体重家系（HW）和低体重家系（LW）微生物显著不同，发现有8个产短链脂肪酸的微生物属丰度均在HW家系盲肠显著增加，可能为宿主提供了充足的能量底物，供宿主吸收。盲肠微生物宏基因组测序分析结果也显示和宿主生长相关的通路如TCA循环和糖异生作用均在HW家系显著富集，说明经过双向选择后，改变的肠道微生物可能对宿主体重性状产生一定的影响。另外，宿主的肠道表达基因也发生了显著变化，共有327个差异表达，其中与宿主生长相关的IGF2BP1基因在HW家系中为最显著上调的基因，该基因差异甲基化发生在CpG岛区域，且离转录起始位点距离只有388 bp。进一步的相关性分析显示，宿主肠道表达基因与肠道菌群存在互作关系。据此说明，在选择压力下宿主遗传基础和肠道微生物共同发生适应性的变化，且这种变化产生的效应总和可能对宿主的性状有重要的影响。