反芻動(dòng)物微生物與宿主協(xié)同發(fā)育模式研究取得新進(jìn)展
中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復(fù)合生態(tài)研究中心譚支良研究員團(tuán)隊(duì)在反芻動(dòng)物微生物-宿主互作機(jī)制研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建山羊發(fā)育模型，首次系統(tǒng)揭示了瘤胃粘膜微生物與宿主上皮細(xì)胞的階段性協(xié)同發(fā)育規(guī)律，相關(guān)成果以Microbiome-host co-oscillation patterns in shaping ruminal ecosystem from birth to puberty in a goat model為題發(fā)表于SCIENCECHINA-Life Sciences。
作為反芻動(dòng)物的"發(fā)酵工廠"，瘤胃依靠微生物-宿主的精密互作實(shí)現(xiàn)植物纖維資源的高效轉(zhuǎn)化。其中，粘膜附著微生物通過(guò)與宿主上皮細(xì)胞的直接互作，在營(yíng)養(yǎng)代謝和免疫調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，從新生到反芻成熟階段，宿主-微生物互作網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化仍尚不清晰。因此，本研究采用轉(zhuǎn)錄組和擴(kuò)增子等技術(shù)和構(gòu)建互作網(wǎng)絡(luò)等分析手段，解析了從1日齡到90日齡的協(xié)同發(fā)育模式（圖1）。（1）粘膜菌群呈現(xiàn)“病原相關(guān)→粘液降解→纖維分解”的演替路徑。1日齡以Mannheimia等條件致病菌為主（占39.7%），10日齡Akkermansia muciniphila等粘液降解菌顯著富集（21.4%），至90日齡形成以Succiniclasticum ruminis等纖維分解菌為特征（58.3%）的成熟群落；（2）宿主粘膜呈現(xiàn)“免疫啟動(dòng)→屏障塑造→代謝成熟”的發(fā)育軌跡。1日齡以先天免疫相關(guān)基因（TLR2/4、IL-17A、CXCL1/2/3等）高表達(dá)為主，10日齡則以粘液代謝核心基因（GCNT3、GAL3ST1）上調(diào)和抗氧化防御信號(hào)通路（JAK-STAT）激活為特征，至90日齡形成以代謝相關(guān)基因（ACADS、BDH1、HDAC）為主導(dǎo)的代謝網(wǎng)絡(luò)；（3）菌群-宿主互作呈現(xiàn)階段特異性模式，即在早期主要強(qiáng)調(diào)消化和免疫發(fā)育（如，Mannheimia等病原相關(guān)菌通過(guò)脂多糖-TLR4軸激活宿主固有免疫應(yīng)答；菌群刺激Th17細(xì)胞分化，觸發(fā)IL-17/JAK2-STAT3通路保護(hù)早期粘膜完整性），而在后期則側(cè)重于增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)代謝（如，纖維分解菌Succiniclasticum ruminis通過(guò)琥珀酸分流途徑提升丙酸產(chǎn)量，誘導(dǎo)宿主丁酸代謝酶基因BDH1上調(diào)）?？傊鑫刚衬の⑸锱c宿主的協(xié)同互作共同塑造了瘤胃生態(tài)系統(tǒng)。
此研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)子課題（XDA26050501）、西藏中央引導(dǎo)地方資金配套項(xiàng)目-西藏高寒區(qū)生態(tài)草牧業(yè)科技示范（XZ202301YD0012C）、湖南省自然科學(xué)基金（2023JJ10047）和湖南省科技創(chuàng)新計(jì)劃（2022RC1158）的聯(lián)合資助。亞熱帶生態(tài)所特別研究助理吳建為本論文第一作者，焦金真副研究員和周傳社研究員為通訊作者。
微生物與宿主協(xié)同發(fā)育模式