婴幼儿时期长江江豚肠道菌群结构与功能的初步研究

【摘要】：鉴于肠道微生物对于宿主的营养吸收以及免疫抵御等生理机能至关重要,肠道微生物已成为保护生物学的重要研究内容之一,能够为濒危动物的健康管理和保护决策提供重要的思路和方向。作为江豚属(Neophocaena)唯一的淡水种群,长江江豚(N.asiaeorientalis asiaeorientalis)仅分布于我国的长江中下游干流及其连通湖泊(鄱阳湖和洞庭湖)中。截止2017年底,长江江豚自然种群数量仅剩约1012头,保护形势不容乐观。因此,长江江豚的保护和研究工作亟待加强。然而,目前长江江豚肠道微生物的研究相对薄弱。婴幼儿时期是肠道微生物最初定植的关键时期,并且该时期肠道微生物对宿主的免疫系统构建以及各器官的成熟发育起着决定性作用,因此探究婴幼儿时期肠道微生物菌群结构特征及其变化规律,可为今后开展长江江豚肠道菌群的生理机能、稳态维持以及疾病防治等研究奠定理论基础。基于此,本论文利用16S rRNA基因高通量测序技术对婴幼儿期长江江豚肠道微生物的多样性、组成、影响因素及其潜在功能进行了初步研究。主要研究内容和结果如下:(1)比较分析了新生儿期(0-1月龄)、婴儿期(1-6月龄)和幼儿期(6-24月龄)三个不同发育阶段婴幼儿时期长江江豚肠道微生物的结构与功能特征。在对共享菌群的分析发现,梭菌属类群1(Clostridium sensu stricto＿1)、梭菌属类群2(Clostridium sensu stricto＿2)以及副梭菌属(Paraclostridium)所占的相对比例较高(62%)。虽然三个不同发育时期的肠道微生物多样性没有显著性差异(P0.05),但是在处于食性转换期的婴儿期,其肠道微生物的多样性最高。进一步群落组成分析发现,随着年龄增长,八叠球菌属(Sarcina)、副梭菌属(Paraclostridium)和类梭菌属(Paeniclostridium)的相对丰度增加,而假单胞菌属(Pseudomonas)、气单胞菌属(Aeromonas)、埃希氏菌属(Escherichia)以及鲸杆菌属(Cetobacterium)等菌群的相对丰度仅在婴儿期出现了显著的增长。此外,婴幼儿时期长江江豚肠道中能量代谢、信号转导等功能的相对丰度随着年龄增长而逐渐增加,这可能与长江江豚发生食性转换后其生长速度的变化有关。(2)比较分析了人工乳喂养与母乳喂养对长江江豚肠道微生物群落结构和功能特征的影响。结果显示,母乳喂养组肠道微生物多样性显著高于人工乳喂养组(P0.05)。在人工乳喂养组,肠球菌属(Enterococcus)的相对丰度显著高于母乳喂养组(P0.05)。另外,母乳喂养组中绝大多数重要的功能分类,如氨基酸代谢、淀粉与蔗糖代谢以及辅助因子与维生素代谢等功能的相对丰度显著高于人工乳喂养组(P0.05)。推测人工乳喂养方式可能通过改变江豚肠道菌群的组成和功能进而影响机体生理机能和健康状况。(3)比较分析了新生儿期长江江豚以及与其同属的海洋印太江豚(N.phocaenoides)肠道菌群结构特征与潜在功能。与印太江豚相比,新生儿期长江江豚肠道菌群多样性相对较低。新生儿期长江江豚肠道内的优势菌门和菌属分别为厚壁菌门(Firmicutes)(65.25%)和梭菌属类群1(Clostridium sensu stricto 1)(40.67%);而新生儿期印太江豚的优势菌群则分别为变形菌门(Proteobacteria)(57.78%)和弧菌属(Vibrio)(27.85%)。功能方面,新生儿期长江江豚肠道菌群中全局及概要图、碳水化合物代谢以及复制与修复等功能丰度显著高于印太江豚,而细胞群落-原核生物、膜运输以及能量代谢等功能丰度显著低于印太江豚。此外,在新生儿期长江江豚和印太江豚中,直肠菌群多样性以及信号转导等功能丰度低于肠道其它部位(前肠、中肠和后肠),而糖生物合成和代谢的功能丰度高于肠道其它部位。本研究拓展了我们对新生儿期江豚肠道微生物群落组成和多样性的认识,将为探究江豚生命早期肠道微生物的建立和发育奠定基础。