研究揭示嚙齒動物的腸道微生物結構特征反映宿主的系統進化關系

在長期進化過程中，腸道微生物與其宿主形成了共生功能體。腸道微生物對于維持宿主的能量?代謝、免疫功能和社會行為等具有重要作用，有助于提高動物宿主的生存和繁殖適合度。由宿主與腸道微生物組成的全基因組決定了動物物種的適應與進化。然而，關于宿主遺傳因素?（系統發育）與環境變量對腸道微生物結構的相對貢獻尚不明確，特別是親緣關系較近物種腸道微生物的關系。此外，不同物種能量代謝特征與系統發育關系未見報道。

7月29??日，山東大學生命科?學學院教授王德華、中國科學院動物研究所副研究員張學英和中國科學院深圳先進技術研究院John R. Speakman院士團隊合作，在《國家科學評論》（National Science Review）上，在線發表題為Phylogenetic signal? in gut microbial community ?rather than in rodent metabolic traits的研究論文。該研究創新性地揭示了腸道微生物結構遵循宿主的系統發育關系，嚙齒動物的??代謝表型與物種系統發育無關，主要是對環境趨同適應的結果。

科研人員經過五年努力，收集了分?布在內蒙古草原的七種嚙齒動物物種，比較分析了野外自然種群和室內飼養種群以及不同食物和溫度馴化，研究了腸道微生物多樣的差異與宿主物種的系統發育關系，發現了腸道微生物相似性樹與宿主的??系統發育關系高度一致。即使在食物和環境溫度改變時，這種關系仍然存在（圖1）。結果表明，腸道微生物結構能夠反應宿主的進化特征，具有系統發育共生（phylosymbiosis）模式。

該研究對高溫（熱浪）馴化的腸道微生物以及宿主的能量代謝特征分析發現，熱浪引起嚙齒動物物種的腸道核心菌群降低26%，荒漠物種降??低的程度相對較高；靜止代謝率降低程度具有物種差異，荒漠物種的代謝率受熱浪的影響相對較小，導致荒漠物種代謝表型與腸道微生物之間不匹配關系。進一步分析顯示，嚙齒動物的代謝特征和代謝差異相似性樹不具有物種發育關系，表現出對棲息地環境的趨同適應（圖2）。

該研究從生態與?進化的角度全面解析了腸道微生物與宿主物種的系統發育關系，闡明了全球日益加劇的熱浪對小型哺乳動物個體生理和種群動態的潛在影響，對于剖析小型哺乳動物與其腸道微生物群的協同演化關系和功能適應具有重要意義。

這是該研究團隊自發現腸道菌群調節聚?群行為產熱的能量節省機制、低溫和甲狀腺素誘導產熱的微生態生理機制、腸道菌群賦予恒溫動物對周期性溫度波動的代謝可塑性、食糞行為通過??維持微生物穩態調節宿主能量平衡、神經功能和認知行為、荒漠嚙齒動物通過“菌群-腸-腎”軸耐受高鹽的機制等成果以來，在野生小型哺乳動物與其腸道微生物相互作用研究領域又一新發現。

研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰略性先導科技專項（B類）培育項目的支持。

來源：動物研究所

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