仿刺参吐脏后肠道菌群的重建过程及菌群-菌群、菌群-宿主相互作用的研究

Intestinal microbiota plays a significant role in host’s physiological metabolism process. Compared with terrestrial animals, knowledge of intestinal microbiota function in marine animals is still scarce. Apostichopus japonicus has remarkable abilities of regeneration, which makes it a superior model for the study of tissue and organ regeneration and development. The re-establishment of intestinal microbiota is severely required for the regeneration and function recovery of the host’s intestine. However, little was known about the re-establishment of the intestinal microbiota in Apostichopus japonicus after evisceration. In this project, the intestinal microbiota, which was obtained from different intestinal sections in different regeneration stages after evisceration, will be used for research. By molecular ecology technology, the dynamics and successions of bacterial communities will be discovered to illuminate the process and rules of microbiota re-establishment during the intestine regeneration. With metagenomic, cell biological and molecular biology approaches, the interrelation of bacteria-bacteria and bacteria-host in intestine regeneration process will be revealed, and related interaction mechanisms of bacteria-bacteria and bacteria-host during intestine reconstruction will be preliminarily analysed. This study will be valuable for the theoretical system of intestine regeneration, and will provied theory basis for deep research of intestinal microbiota function in marine animals and healthy culture of Apostichopus japonicus.

肠道菌群在宿主的生理代谢过程中发挥重要的作用。与陆生动物相比，对海洋动物肠道菌群功能的研究尚处于起步阶段。仿刺参的肠道再生是研究动物组织器官发生与重建的独特模型，而肠道菌群的重建对其肠道的再生与功能的恢复具有重要的作用，但是目前尚无仿刺参肠道菌群重建的深入研究。本项目将以再生不同时期、不同部位的仿刺参肠道菌群为研究对象。利用分子生态学等手段，研究肠道菌群组成与结构的时空演替，阐明仿刺参肠道菌群重建的过程与规律。利用宏基因组学、细胞生物学及分子生物学等研究手段，阐释肠道菌群间及菌群与宿主间的相互关系，并初步解析肠道再生过程中肠道菌群间及其与宿主间的相互作用机制，揭示肠道菌群在仿刺参肠道再生中的作用与功能。本研究将完善仿刺参肠道再生的理论体系，为深入研究海洋动物肠道菌群的功能提供理论基础，为仿刺参的健康养殖提供理论依据。

仿刺参具有“吐脏”的防御机制，其吐脏后能在短时间内再生全部内脏器官。近年来仿刺参已成为研究器官再生的新的模式生物。肠道菌群在宿主器官发育、再生等过程中发挥重要作用。仿刺参肠道再生为在成体水平研究肠道菌群与宿主发育的关系提供了良好模型。本项目以仿刺参为研究对象，人工诱导其吐脏及再生。利用微生物学、分子生物学、宏基因组学等技术，研究了仿刺参肠道再生期间肠道菌群的重建过程，及其与宿主的相互作用。项目研究结果表明，肠道再生期间肠道菌群的重建分为两个阶段，重建前期对应肠道再生中的肠腔形成期，重建后期对应肠道再生的生长分化期；在重建前期，以残留消化道中的菌群为模板进行重建，肠道菌群间以正向相互作用为主，与宿主的相互作用强烈，菌群通过聚糖和鞭毛的合成等，增加菌群的定植能力；而在后期，肠道菌群趋向形成新的群落结构，菌群间负向相互作用加强，与宿主的相互左右减弱，菌群的消化能力逐渐增强，有利于宿主对营养物质的消化和吸收。此外，在重建后期的肠道菌群受食物的影响。在饲喂组中细菌群落的多样性高于不饲喂组，并且群落互作网络形成更多的功能模块。研究结果提示，肠道菌群重建不同阶段，菌群具有不同的组装机制以及与宿主的互作模式，二者通过动态的相互作用，维持肠道的正常再生。研究结果为揭示肠道菌群与宿主器官发育的关系提供了理论依据。