野生大熊猫及其肠道菌群的适应性进化研究

野生大熊猫的食物组成中99%是竹类植物，作为食肉目中的素食者，其对高纤维素类含量的食物的适应经历了一个漫长的进化过程。大熊猫能否（部分）消化纤维素以及是否发生相应的适应性变化一直是科学研究中的一个疑点并广有争论。新近研究表明，大熊猫基因组中并不存在编码消化纤维素的酶类基因。而圈养大熊猫肠道菌群研究中没有发现与消化纤维素相关的细菌可能是缘于研究对象以及研究方法的局限。为此,本项目拟采用国际上公认的大规模肠道细菌16S rRNA基因测序技术，通过对多个野生和圈养大熊猫的肠道菌群的研究来全面了解野生和圈养大熊猫的肠道菌群的组成与多样性，深入认识大熊猫及其肠道菌群的功能性进化关系，并揭示两者间的适应进化机制。我们的研究发现能为保护和管理大熊猫种群提供重要的基础资料。

大熊猫属于食肉目熊科物种，具有熊科物种典型的消化系统，它却是主要以竹子这类植物为食。大熊猫的基因组结果发现其自身并没有编码消化纤维素、半纤维素的相关酶基因，大熊猫如何利用竹子这类高纤维素、半纤维素含量食物一直存在争议。本项目从15个个体（7个野外、8个圈养）的新鲜粪便中提取其肠道微生物总DNA，利用新一代高通量技术，共测得5522条细菌16s核糖体近全长序列与约37兆的宏基因组序列。其中大熊猫主要的肠道微生物来自厚壁菌门梭菌纲物种，并且部分梭菌类物种属于能消化纤维素一类的细菌。同时，通过宏基因组分析，我们发现了消化发现消化纤维素通路的关键酶的编码基因，即纤维素酶（Cellulase）和β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）和1,4-β-cellobiosidase酶。结合碳水化合物家族分析,发现大熊猫肠道微生物的寡糖降解酶含量与人类较近,但是潜在的纤维素酶含量较低,暗示大熊猫肠道微生物降解纤维素的能力有限。综合上述研究，大熊猫在长期进化过程中，从形态学（发达的颌骨）、生理学（发达的肠壁细胞与绒毛、较短的食物滞留时间、特殊的肠道微生物等）以及行为学（大的食量）多方面形成了对竹子这类食物的进化适应。