鼠类对食物中单宁的适应与肠道菌群的关系

The seeds dispersal and hoarding by forest rodents is an important factor for forest recruitment, and the seed tannin content usually affects seed choice, eating and dispersal in rodents. Our previous studies showed that rodents preferred to choose and eat middle-level tannin-containing seeds (3%, 5%), however, the effects of dietary tannin intake on the motor ability, spatial cognition and memory, blood physiology, and immunity are not clear. It is also not clear whether forest-dwelling rodents have developed certain adaptability to tannin in food, and whether the adaptation to tannin is related with intestinal flora. The gut microbiota played an important role on animal health and behavior, so we will research the behavioral and physiological adaptability in rodents to tannin-containing seeds based on gut microbiota sequencing. We will produce the man-made seeds containing different tannin content according to the natural seeds, and feed the rodents. After the feeding experiment, we will test their sports ability, spatial cognition and spatial memory, blood physiology, immune and intestinal flora. By the bioinformatics, the constituent and function of gut microbiota will be analyzed to uncover the reasons that rodents prefer to eat middle-level tannin-containing seeds, and the adaptability in behavior and physiology to tannin will be illuminated, which will enrich the new supports for food hoarding in animals and forest regeneration.

鼠类对种子的扩散是森林更新的重要环节，而种子中的次生物质（如单宁）直接影响鼠类对种子的取食和扩散。前期研究发现鼠类偏好选择和取食中等单宁含量（3%和5%）的种子，但取食单宁对鼠类运动能力、空间认知与记忆、血液生理生化、免疫等的影响尚不明确，而鼠类对单宁的适应与肠道菌群的关系亦不清楚。肠道菌群在动物代谢和行为中发挥着重要作用，本项目拟重点关注鼠类对食物中单宁的适应及肠道菌群发挥的作用。本项目拟制作不同单宁含量的人工种子，对实验鼠进行饲喂，测定鼠类的运动能力、空间认知与记忆、血液生理生化、免疫、肠道菌群等，分析各项指标与单宁含量的关系，揭示食物中单宁的行为效应和生理效应，并对肠道菌群数据进行生物信息学分析，比较各实验组肠道菌群构成和功能的变化。最终解析鼠类对食物中单宁的适应性进化及与肠道菌群的关系，探讨鼠类取食和贮藏不同单宁含量种子的机制，为鼠类与林木种子互作及协同进化理论提供新证据。

单宁酸作为一种常见的植物次生化合物，在植物种子、叶片等组织中广泛存在，植食性动物觅食过程中，不可避免会取食含单宁酸的食物，但单宁对动物的生理效应尚不明确，本课题制作0%、1%、3%和6%单宁含量的饲料，对实验鼠饲喂4周后，测定实验鼠的体重、运动能力、空间认知与记忆、脏器指数、基础代谢、BDNF/TrkB通路表达、肠道菌群等的变化，以评估单宁对动物的生物学效应。结果表明1）取食不同浓度单宁的小鼠，体重具有显著差异，其中1%单宁组体重增长最快，且9%单宁对小鼠具有明显致死作用；2）1%单宁组小鼠在旷场中的总运动距离较大，6%单宁组小鼠在旷场中的总运动距离较小，可见，低浓度单宁有助于提高小鼠的自主运动能力；3）低浓度单宁（1%组）能在一定程度上增加小鼠空间学习记忆能力，而高浓度单宁（6%）无明显效应。因此，低浓度的单宁有助于增强小鼠的空间识别与记忆能力；4）低浓度单宁组（1%）小鼠的胴体重比对照组大，高浓度单宁组（6%）的胴体重小于对照组，小鼠的主要器官（心脏、肝脏、肾脏）鲜重随着单宁浓度的增加而减少；5）低浓度单宁组（1%）小鼠的BDNF和TrkB基因表达显著增加，且BDNF和TrkB蛋白表达量最高；6）与对照组相比，低浓度单宁组（1%组和3%组）小鼠的呼吸速率和产热能力显著增高，而高浓度单宁组（6%组）小鼠显著降低。小鼠呼吸熵随单宁含量的升高而增加，说明单宁酸含量越高，小鼠越倾向于糖代谢；7）单宁对鼠类肠道菌群多样性和丰度具有显著影响，取食单宁后实验鼠肠道菌群的多样性有所降低，但菌群结构发生明显变化，尤其1%单宁浓度下，菌群特异性最高且菌群功能发生改变。总之，取食单宁对鼠类形态、自主运动、空间认知、脏器指数、基础代谢、神经因子、肠道菌群等均产生了显著影响，且中低浓度单宁对鼠类行为、生理等均显示出积极效应。本项目的开展对单宁的生物学效应有了更深层次的了解，发现了一些新问题和新现象，为后续深入研究奠定了基础，也为单宁的产业化应用提供了理论依据。