動物所揭示野生動物及其腸道菌群的生理適應機制

發布時間：2020-10-23 10:15 原文鏈接：動物所揭示野生動物及其腸道菌群的生理適應機制

　　表型可塑性是生物應對復雜多變環境的一種適應，決定物種的適合度和分布范圍。野生動物在自然環境中會面臨周期性的環境溫度波動。隨著全球氣候變暖，野生動物在夏季也會面臨熱浪的脅迫，以及極端氣候條件的影響。面對周期性的低溫或高溫暴露，野生動物及其共生微生物如何適應這種變化的環境？低溫或高溫經歷是否會提高動物應對環境變化的適應能力？

　　10月20日，中國科學院動物研究所王德華研究團隊在mSystems上發表了題為Gut Microbiota and Host Thermoregulation in Response to Ambient Temperature Fluctuations的研究論文。研究發現數次面對低溫或高溫脅迫，野生動物及其腸道菌群更易適應這種環境脅迫，菌群及其代謝產物的動態變化賦予宿主應對溫度波動時產熱調節的可塑性，對于恒溫動物提高在低溫環境下的生存適合度至關重要。這是該研究團隊自發現腸道菌群介導聚群行為產熱的能量節省機制（Microbiome, 2018），腸道菌群與去甲腎上腺素互作調控冷適應性產熱（The ISME Journal, 2019），以及食糞行為通過維持微生物穩態調節宿主能量平衡和認知行為（The ISME Journal, 2020）等成果以來，在腸道微生物與野生動物能量代謝調節研究領域的又一新發現。

　　研究中，科研人員對長爪沙鼠（Meriones unguiculatus）進行高溫（37^oC）或低溫（5^oC）馴化2周，而后轉入常溫（23^oC）2周，經過3個周期（共3個月）的馴化，發現周期性的溫度馴化誘導食物攝入、靜止代謝率、與代謝調節相關激素血清（甲狀腺素）、體核溫度等發生周期性波動變化，且末次溫度馴化時食物攝入等指標的變化幅度小于初次馴化的結果。腸道菌群的β多樣性隨3次溫度馴化而發生變化；特定菌如丁酸弧菌屬（Butyricimonas spp.）和瘤胃球菌屬（Ruminococcus spp.）隨高溫馴化發生周期性變化，而顫螺旋菌屬（Oscillospira spp.）僅對初次高溫產生反應；這些特定菌的變化與代謝率等指標明顯相關。進一步通過抗生素處理發現，降低腸道微生物后，這些動物面對低溫脅迫時，因代謝和產熱可塑性明顯被抑制導致體溫持續降低而死亡，而在高溫條件下其存活則不受影響。抗生素處理的動物在低溫下補充丙酸鹽作為能量，可維持相對較低而恒定的體溫。研究表明，經過周期性溫度馴化，腸道菌群和宿主均表現出更強的適應能力，腸道菌群及其代謝產物的動態變化賦予宿主應對溫度波動時產熱調節的可塑性。

　　該研究揭示腸道菌群對宿主表型可塑性的調節作用，低溫可能是驅動腸道菌群與恒溫動物共生的關鍵信號，對于理解腸道菌群與宿主共生的進化具有重要的理論意義。動物所農業蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室動物生理生態學研究組博士研究生Saeid Khakisahneh和副研究員張學英為論文的共同第一作者，研究員王德華為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金面上項目的資助。　　