發(fā)表期刊：Microbiome, IF=14.65
合作單位：中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物學(xué)研究所
合作項(xiàng)目：宏代謝組
前不久，憨態(tài)可掬的國(guó)寶大熊貓“慘遭降級(jí)”，但這是個(gè)好消息，因?yàn)樵蹅兊拇笮茇垟?shù)量變多了，降的是大熊貓的受威脅程度等級(jí)，從瀕危降為了易危。即便是降了級(jí)，大熊貓的“國(guó)寶”地位仍然穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)；即便是生命中大多數(shù)時(shí)間都拿來(lái)吃和睡，它依舊是集萬(wàn)千寵愛于一身的“寶寶”。
很多人以為大熊貓是“食草動(dòng)物”，其實(shí)大熊貓屬于食肉目哺乳動(dòng)物，具有食肉目動(dòng)物的消化生理特征，但它最愛吃的是竹子和竹筍。竹中具有豐富的黃酮類化合物，該化合物是一類重要的植物次生代謝產(chǎn)物（PSMs），具有顯著促進(jìn)健康的作用。研究發(fā)現(xiàn)大熊貓腸道微生物群組成簡(jiǎn)單，物種多樣性低，在飲食適應(yīng)的進(jìn)化過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，特別是在竹子的營(yíng)養(yǎng)利用方面。然而，習(xí)慣性黃酮類化合物攝入對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)及微生物降解影響尚缺乏研究。
近日，中國(guó)動(dòng)物學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、獸類學(xué)分會(huì)理事長(zhǎng)魏輔文院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合成都大熊貓繁育研究基地，首次以非模式野生動(dòng)物—大熊貓為模型，從動(dòng)物生態(tài)學(xué)的視角，在完整的年周期內(nèi)同步采集野外大熊貓的可獲得樣本（食物和糞便）；同時(shí)采集成都大熊貓繁育研究基地中圈養(yǎng)大熊貓的食物、糞便和血漿，采用代謝組學(xué)、宏基因組學(xué)和體外培養(yǎng)等方法，系統(tǒng)研究了大熊貓對(duì)黃酮類化合物的吸收代謝、利用偏好和生物轉(zhuǎn)化，以及黃酮類化合物對(duì)大熊貓腸道微生物組成和功能的影響。該研究中黃酮類化合物與腸道微生物的雙向作用為研究動(dòng)物-腸道微生物共演化提供了新的思路。（其中大熊貓的糞便宏代謝組由麥特繪譜提供檢測(cè)與分析）
研究結(jié)果
一. 大熊貓對(duì)黃酮類化合物的利用規(guī)律
● 通過(guò)代謝組學(xué)方法，在竹子中共鑒定出97個(gè)黃酮類單體化合物；與竹筍相比，竹葉中含有更多種類和更高豐度的黃酮類化合物，因此隨著食筍和食葉的季節(jié)性轉(zhuǎn)化，黃酮類物質(zhì)的攝入也存在顯著的季節(jié)性差異。
● 通過(guò)血漿靶向代謝組學(xué)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)以原型形式進(jìn)入血液的化合物僅有12種。
● 通過(guò)對(duì)食物與糞便代謝組比較分析，發(fā)現(xiàn)大熊貓對(duì)食物源黃酮類化合物的利用在亞類和單體水平上均有不同的偏好性，對(duì)食物源中的38種單體具有較高的利用率，且糞便中有新的黃酮類單體化合物生成。
二. 大熊貓腸道微生物適應(yīng)性響應(yīng)機(jī)制
● 大熊貓微生物組與代謝組關(guān)聯(lián)分析：對(duì)大熊貓糞便樣本進(jìn)行宏基因組測(cè)序和宏代謝組檢測(cè)分析，共慣性分析（CoIA）顯示代謝物與微生物組成改變密切相關(guān)，與非黃酮類代謝物相比，黃酮類化合物表現(xiàn)出更顯著的季節(jié)性變化，且與宏基因組物種（MGS）有更廣泛的聯(lián)系。
● 體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)證明，黃酮類物質(zhì)的季節(jié)性差異攝入驅(qū)動(dòng)了大熊貓腸道微生物的季節(jié)性變化，如野外大熊貓腸道微生物關(guān)鍵物種的變化（狹義梭菌屬1 Clostridium sensu stricto 1），特別是對(duì)有益菌的生長(zhǎng)促進(jìn)作用，如益生菌丁酸梭菌（Clostridium butyricum）。
● 食物中黃酮類攝入越高，大熊貓腸道微生物的多樣性越低，微生物毒力因子的豐度也更低。宏基因組功能分析揭示了70%黃酮類化合物的吸收轉(zhuǎn)化由腸道微生物參與完成，且腸道微生物也促進(jìn)了大熊貓對(duì)黃酮類物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和利用偏好。
總結(jié)
以上結(jié)果證明：在長(zhǎng)期演化過(guò)程中，大熊貓季節(jié)性食物轉(zhuǎn)化行為是大熊貓對(duì)竹中有益元素最大化利用的適應(yīng)。其中，黃酮類化合物對(duì)維持大熊貓腸道微生態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。該研究結(jié)果拓展了我們對(duì)大熊貓營(yíng)養(yǎng)生態(tài)學(xué)的認(rèn)識(shí)：有益的PSMs可以通過(guò)調(diào)控腸道微生物，正反饋調(diào)節(jié)宿主生理，從而影響大熊貓的覓食策略。此外，該研究也為圈養(yǎng)大熊貓管理提供了重要參考，即食物源黃酮類化合物是大熊貓重要的天然益生元，對(duì)大熊貓的臨床健康管理，特別是腸道疾病的治療具有廣闊的應(yīng)用前景。
圖解結(jié)論
參考文獻(xiàn)
Le Wang, et al. Multi-omics reveals the positive leverage of plant secondary metabolites on the gut microbiota in a non-model mammal. Microbiome. 2021.
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