研究材料

12只大熊貓糞便

 技術(shù)路線

步驟1：依照大熊貓育兒方式分為生母撫養(yǎng)組（APR）和人工飼養(yǎng)組（AHR），收集糞便樣本；

步驟2：宏基因組測(cè)序研究不同育兒方式組成年大熊貓腸道微生物組組成和差異；

步驟3：代謝組檢測(cè)不同育兒方式組成年大熊貓糞便代謝物組成和差異；

步驟4：宏基因組和代謝組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)掘關(guān)鍵菌群和代謝物及兩者間潛在關(guān)聯(lián)。

 研究結(jié)果
 

1. 早期育兒環(huán)境對(duì)圈養(yǎng)大熊貓腸道菌群組成的影響

大熊貓腸道菌群中變形菌門和厚壁菌門相對(duì)豐度累積超過75%，屬分類學(xué)水平Top20的屬相對(duì)豐度累積超過了50%。相較于APR組，AHR組中Escherichia、Citrobacter、Enterobacter和Clostridium相對(duì)豐度降低，Klebsiella、Kluyvera、Acinetobacter、Dechloromonas和Lactococcus相對(duì)豐度升高。兩組樣本α、β多樣性無顯著差異（p>0.05），表明不同育兒方式的成年大熊貓腸道菌群結(jié)構(gòu)和組成相似（圖1）。

物種差異LEfSe分析結(jié)果顯示，Enterobacter、Lelliottia、Siphoviridae、Bacillus、Clostridium、Sarcina和Streptococcus相對(duì)豐度在兩組間存在差異（圖2 a）。
 

圖1 宏基因組學(xué)揭示圈養(yǎng)大熊貓育兒環(huán)境對(duì)腸道菌群組成的影響

2. 早期育兒環(huán)境對(duì)圈養(yǎng)大熊貓腸道菌群功能的影響

功能差異LEfSe分析顯示，APR組腸道菌群主要富集4種功能，如原核生物中的碳固定途徑；AHR主要富集3種功能，如三萜哌啶和吡啶生物合成途徑（圖2 b）。此外，碳水化合物酶功能注釋結(jié)果顯示，大熊貓腸道菌群功能主要為糖苷類水解酶（GHs）和糖基轉(zhuǎn)移酶（GTs，圖2 c）。

圖2 圈養(yǎng)大熊貓育兒環(huán)境對(duì)腸道菌群功能的影響

3.  早期育兒環(huán)境對(duì)圈養(yǎng)大熊貓糞便代謝物的影響

Heatmap圖展示了定性顯著差異（VIP>1，p值<0.05）的代謝物在兩組圈養(yǎng)大熊貓中表達(dá)模式存在差異。對(duì)顯著差異代謝物和菌群進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示Clostridium tetani和Clostridium sp. MSJ 8與丙酸和甲基丙二酸顯著正相關(guān)，Lelliottia Amnigena與N-乙酰-l-天冬氨酸顯著負(fù)相關(guān)，Enterobacter sp. 638與皮質(zhì)酮顯著負(fù)相關(guān)。KEGG通路映射分析顯示有4種主要的代謝途徑存在顯著差異，如蛋白質(zhì)消化和吸收、丙酸代謝等（圖3）。

圖3 代謝組學(xué)揭示圈養(yǎng)大熊貓育兒環(huán)境對(duì)糞便代謝物的影響

小編小結(jié)

該研究表明育兒早期的母體分離環(huán)境沒有影響圈養(yǎng)大熊貓的腸道菌群結(jié)構(gòu)和組成的多樣性，但對(duì)成年圈養(yǎng)大熊貓腸道丙酸代謝相關(guān)微生物相對(duì)豐度和應(yīng)激相關(guān)糞便代謝物水平有顯著性影響。具體表現(xiàn)為蛋白質(zhì)消化和吸收功能降低、短鏈脂肪酸代謝紊亂，這可能對(duì)圈養(yǎng)大熊貓的腸道菌群產(chǎn)生不利影響。這些研究結(jié)果將為提高圈養(yǎng)大熊貓的福利水平提供重要的科學(xué)依據(jù)。