鲍肠道核心微生物组与共生关系研究

Intestine bacteria play an important role in animal health. They not only can prevent the intrusion of microbial pathogens or the interference of non-benefit bacteria, but also promote the growth of their host. Abalone, the typical marine invertebrate, grows on algae that can be served as the sole food source. Abalone nowadays turns to one of the most popular and profitable marine animal product. However, its aquaculture endangered with by the outbreak of diseases, which leads to the abuse of antibiotics. This study on the microbial diversity of abalones of different areas and different species will provide insights into the core microbiome of the abalone and possibly save the abalone raising from attacks of pathogens. We tentatively know that bacteria insides contained members of the bacterial classes like Mollicutes, Fusobacteria and Deltaproteobateria. But what are the differences among the abalones from different species and the abalones far in geographic distance. In addition, what about the core microbome of this animal? And how they interact with their hosts? They at least play a role in algae digestion, and possibly in other aspects. By now, we know little about these processes. In this proposal, the abalone symbiont bacteria will de deciphered by high throughout sequencing and culture cultivation and function verifications. These results would gain deep insights into symbiont relationship between marine invertebrate and bacteria.

肠道有益微生物对动物健康发挥着重要作用。它们不仅能防止病原菌入侵或有害微生物的滋扰，而且可以帮助动物生长。鲍是食藻海水动物，也是我国重要的海水养殖对象。但近年来疾病频繁、导致抗生素滥用，鲍鱼养殖业的可持续养殖受到挑战。通过认识鲍肠道微生物，一方面可促进鲍生物学（如食性）与鲍微生态学的研究，另一方面将为肠道微生态调控、疾病控制、提供饲料利用率和生长速率提供可能。前期研究已经发现，鲍肠道有多种特殊的藻类降解菌，并发现其肠道微生物组成特殊，包括柔膜菌、梭杆菌等特殊类群微生物。不同地区不同种类的鲍鱼样品，分析来源不同、品种不同鲍肠道微生物的多样性是否有差别？鲍是否存在核心微生物组？它们与宿主存在怎样的共生关系？鲍是否依赖共生细菌降解海藻？通过高通量测序与生物信息学分析，获得其核心微生物组特征与高丰度菌种的基因组，并通过培养手段验证重要菌种的功能。研究结果将丰富海洋无脊椎动物与微生物的共生关系认识。

鲍在全球各地沿海皆有分布，在我国主要有两种养殖种类，皱纹盘鲍（Haliotis discus hannai）和杂色鲍（H. diversicolor）。鲍食性单一，以大型藻类作为主要食物，其肠道微生物多样性与核心微生物组有何特征？在藻类消化中的贡献是什么？核心微生物与宿主的共生关系如何？在项目启动前，相关鲍肠道微生物研究甚少。为此，本项目通过分析了不同地区不同种类的鲍鱼肠道微生物多样性，揭示了核心微生物组构成；通过宏基因组分析和菌株实验，分析了其与宿主的共生关系，发现并获得了海藻降解、维生素与小分子有机酸合成，以及有固氮潜力的肠道微生物；其中一株为Fusobacteriia门的优势厌氧菌嗜冷泥杆菌属Psychrilyobacter sp.B1；基因组分析发现该菌具有完整的海藻单糖降解代谢通路，可以产乙酸、乳酸、丁酸以及6种B族维生素，具有益生潜力。已发表多个肠道细菌新种，其中一株兼性厌氧菌新种 Cohaesibacter intestini YE-B6 T虽然不能降解藻类多糖，但编码有Nif 等一系列固氮相关基因，有固氮潜力。在降解菌获取与基因组分析基础上，对不同菌来源的褐藻胶裂解酶、琼胶酶进行了异源表达与活性分析，获得了耐高温的高效水解酶，并申请了专利。对消化腺腺体与肠道未培养优势菌，通过宏基因组学完成了三类菌的分析：构建了皱纹盘鲍肠道消化腺内一个未培养内共生菌MAG，该菌编码3 个海藻酸裂解酶，暗示参与了海藻多糖的降解，通过全基因组系统进化分析判定为红螺菌科；从杂色鲍消化腺组织中，获得了鲍 SAR324 类群细菌的基因组，该菌是Delta-Proteobacter未培养优势新类群，从中发现了两种海藻酸裂解酶编码基因，预示其与宿主也存在共生关系；此外，发现所有鲍肠道柔膜菌目Mollicutes的多样性较高，属于未培养优势新类群内共生菌，属于Mycoplasmaceae 的一个新属，暂命名为 “Mycoplasma_g20”，与深海珊瑚发现的支原体（“Mycoplasma_g18”）亲缘关系最近。已获结果对于认识鲍鱼肠道微生物在海藻消化、抗病、益生等宿主互作方面有重要参考价值，对于调控鲍鱼肠道微生物、提高食物利用率、增强抗病能力，促进鲍鱼养殖业的健康发展也有重要意义。