中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖與農牧復合生態(tài)研究中心譚支良研究員團隊在反芻動物微生物-宿主互作機制研究領域取得重要進展。團隊通過構建山羊發(fā)育模型，首次系統揭示了瘤胃粘膜微生物與宿主上皮細胞的階段性協同發(fā)育規(guī)律，相關成果以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。
作為反芻動物的"發(fā)酵工廠"，瘤胃依靠微生物-宿主的精密互作實現植物纖維資源的高效轉化。其中，粘膜附著微生物通過與宿主上皮細胞的直接互作，在營養(yǎng)代謝和免疫調控中發(fā)揮關鍵作用。然而，從新生到反芻成熟階段，宿主-微生物互作網絡的動態(tài)變化仍尚不清晰。因此，本研究采用轉錄組和擴增子等技術和構建互作網絡等分析手段，解析了從1日齡到90日齡的協同發(fā)育模式（圖1）。（1）粘膜菌群呈現“病原相關→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“免疫啟動→屏障塑造→代謝成熟”的發(fā)育軌跡。1日齡以先天免疫相關基因（TLR2/4、IL-17A、CXCL1/2/3等）高表達為主，10日齡則以粘液代謝核心基因（GCNT3、GAL3ST1）上調和抗氧化防御信號通路（JAK-STAT）激活為特征，至90日齡形成以代謝相關基因（ACADS、BDH1、HDAC）為主導的代謝網絡；（3）菌群-宿主互作呈現階段特異性模式，即在早期主要強調消化和免疫發(fā)育（如，Mannheimia等病原相關菌通過脂多糖-TLR4軸激活宿主固有免疫應答；菌群刺激Th17細胞分化，觸發(fā)IL-17/JAK2-STAT3通路保護早期粘膜完整性），而在后期則側重于增強營養(yǎng)代謝（如，纖維分解菌Succiniclasticum ruminis通過琥珀酸分流途徑提升丙酸產量，誘導宿主丁酸代謝酶基因BDH1上調）?？傊?，瘤胃粘膜微生物與宿主的協同互作共同塑造了瘤胃生態(tài)系統。
此研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項子課題、西藏中央引導地方資金配套項目-西藏高寒區(qū)生態(tài)草牧業(yè)科技示范、湖南省自然科學基金和湖南省科技創(chuàng)新計劃的聯合資助。
微生物與宿主協同發(fā)育模式
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