专食竹类哺乳动物肠道微生物的趋同进化研究

Animal gut microflora system is the body's largest and most important micro-ecosystem, symbiotic evolutionary mechanism of mammals and their gut microbes has been a hotspot in the field of ecology and evolutionary biology. Animal gut microbes play a very important role on host's food digestion, access to nutrition, health and diseases. Convergent evolution of gut microbes of mammals with same specialized diet is an important and interesting scientific question, to reveal the mechanism of maintaining symbiotic ecosystem biodiversity. This project intends to dicusss convergent evolution of three sympatric bamboo feeders (giant pandas, red pandas and Chinese bamboo rats) and their gut microbes by using next-generation sequencing technology (High-throughput 16S rDNA sequences and metagenomic technology) to explore: (1) the composition biodiversity of gut microbes of these bamboo feeders; (2) the metabolism analysis of their gut microbes community, and (3) convergent evolution on gut microbe composition and function in these mammals

动物肠道微生态系统是机体最庞大和最重要的微生态系统，动物及其肠道共生微生物的共生进化机制一直是生态学领域的国际研究热点。动物肠道微生物在人类或动物自身消化食物、营养获取、健康和疾病方面发挥很重要的作用。食性特化哺乳动物肠道微生物的趋同进化研究是个重要而有趣的科学命题，对揭示生态系统生物多样性维持与共生机制具有重要的科学意义。本项目拟以食性特化（专食竹类）的三种同域分布哺乳动物（大熊猫、小熊猫和中华竹鼠）为研究对象，采用新一代测序技术（大规模16S rDNA序列分析与宏基因组学技术），以期揭示：（1）专食竹类哺乳动物的肠道微生物组成多样性；（2）专食竹类哺乳动物肠道微生物所发挥的作用是否与竹类食物相关?（3）专食竹类哺乳动物肠道微生物群落在组成与功能上是否产生了趋同进化？

最近十年动物随着宏基因组学技术的发展，肠道微生物组的研究日益成为学科热点，其中肠道微生物组的共生演化机制也成为生态学领域的国际研究热点。肠道微生物组在人类或动物自身消化食物、营养获取、健康和疾病等方面发挥着极其重要的作用。哺乳动物中有一些分类地位很远的物种具有类似的食性特化的现象。因而这些动物作为宿主其肠道微生物组的趋同演化研究就成为一个重要而有趣的科学命题。本项目以食性特化（专食竹类）的三种同域分布哺乳动物（大熊猫、小熊猫和中华竹鼠）为研究对象，采用基于新一代测序技术的宏基因组技术为手段。力图从三个方面揭示：第一、专食竹类哺乳动物的肠道微生物组成多样性如何；第二、专食竹类哺乳动物肠道微生物所发挥的作用是否与竹类食物相关？第三、专食竹类哺乳动物肠道微生物群落在组成与功能上是否产生了趋同演化？研究结果显示，三种专食竹哺乳动物的肠道微生物组的主要组成均为厚壁菌门和变形菌门。结合已发表的其他食性动物的肠道微生物组数据显示，肠道微生物组组成的差异与食性有密切关系。在食性接近的大小熊猫肠道微生物组之间，还发现了若干属于同一属的OTU种类。另外，大小熊猫肠道微生物组的功能上同样有共同的功能富集通路。在纤维素降解通路上，几种之前报道过的重要降解酶均在肠道微生物组中有发现，另外，还发现微生物B12合成通路在大小熊猫肠道微生物组中有共同存在的现象。并在两只大熊猫和两只小熊猫的宏基因组分析中均得到了完整的维生素B12的合成通路。以上成果为动物肠道微生物组的趋同演化提供了科学依据，为揭示生态系统生物多样性维持和趋同/共生机制具有重要的科学意义。