华贵栉孔扇贝肠道类胡萝卜素代谢及菌群组成的初步研究

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华贵栉孔扇贝(Chlamys nobilis)是我国南方海区重要的养殖贝类。课题组经过多年选育,于2014年成功培育出富含类胡萝卜素的华贵栉孔扇贝“南澳金贝”新品种。尽管,课题组从遗传、环境、生理等方面对“南澳金贝”富集类胡萝卜素的机制都做了一定的探讨,然而,随着研究的深入,更多的科学问题也越来越引起了我们的注意,如有大量报道指出肠道菌群在宿主的营养代谢等方面发挥着重要的作用,是否肠道菌群与“南澳金贝”类胡萝卜素的代谢之间也存在密切的联系?  本研究以贝壳、外套膜、闭壳肌、肠道均为橙色的“南澳金贝”为研究对象,以贝壳、外套膜为橙色,但闭壳肌、肠道均为白色的橙壳扇贝和贝壳为褐色、外套膜、闭壳肌、肠道均为白色的褐壳扇贝为对照,采用qPCR和Illumina高通量测序的方法,分别从肠道组织类胡萝卜素的吸收代谢和肠道菌群的组成多样性方面进行了研究。主要结果如下:  一、肠道类胡萝卜素代谢相关指标  1)肠道组织中的总类胡萝卜素含量:“南澳金贝”、橙壳扇贝、褐壳扇贝的值分别为86.5μg/g、27.4μg/g和6.5μg/g,“南澳金贝”显著高于后两者(P<0.05)。  2)肠道组织中类胡萝卜素相关基因的表达:类胡萝卜素吸收相关的SRB1和SRB4基因在“南澳金贝”和橙壳扇贝的mRNA表达水平显著高于褐壳扇贝;转运相关的StAR3基因在橙壳扇贝和“南澳金贝”中也出现了显著的高表达;参与类胡萝卜素氧化裂解的BCMO2基因在褐壳扇贝中的mRNA表达水平显著高于其他两种扇贝。  3)血液中类胡萝卜素相关基因的表达:“南澳金贝”的SRB1和StAR3基因显著的高表达;在褐壳扇贝中,除BCMO2的表达量显著高于其他扇贝外,SRB4基因也出现了显著的高表达;相比于其他两种扇贝,在橙壳扇贝中所有的基因显著的低表达。  由此,我们推测:“南澳金贝”肠道组织中可能存在更为完善的类胡萝卜素富集机制;橙壳扇贝在肠道和闭壳肌表现出的低类胡萝卜素含量,可能与血液在不同组织间的运输有关;褐壳扇贝肠道中存在较低的类胡萝卜素积累机制。  二、肠道菌群组成的多样性(Illumina测序分析)  1)三种扇贝都具有相似的主要优势菌,然而主要优势菌的丰度却不尽相同。主要优势菌门可以分为五类,分别为变形菌门Proteobacteria(32.3%~84.1%),软壁菌门Tenericutes(3.4%~44%),拟杆菌门Bacteroidetes(3.1%~35%),厚壁菌门Firmicutes(0.4%~18.9%),和梭菌门Fusobacteria(0.2%~10%)。其中,弧菌属Vibrio(3.5%~71.1%),支原体属Mycoplasma(2.6%~55.4%),拟杆菌属Bacteroides(0.05%~20.1%)和盐单胞菌属Halomonas(0.02%~19.7%)为主要的优势菌属。并且,“南澳金贝”肠道中弧菌属Vibrio所占的比例显著低于其他两种扇贝(P<0.05)。  2)Alpha多样性指标结果显示,“南澳金贝”肠道菌群的多样性和丰度指数均高于橙壳扇贝和褐壳扇贝,并且“南澳金贝”的Chao1指数和Shannon指数都显著的高于橙壳扇贝(P<0.05),橙壳扇贝和褐壳扇贝之间没有显著差异。  3)通过非度量多维尺度法(NMDS)分析和聚类分析,我们发现“南澳金贝”各样品间的菌群组成较为相似,而橙壳扇贝和褐壳扇贝的各样品间的菌群组成较为散乱。  4)LEfSe组间显著性差异分析结果显示:“南澳金贝”的肠道菌群中α变形菌纲Alphaproteobacter(Mean:16.1%)的红细菌目Rhodobacterales(Mean:12.9%)和红细菌科Rhodobacteraceae(Mean:12.9%)都存在显著性的高丰度;并且“南澳金贝”肠道中的拟杆菌在目Bacteroidales(Mean:15.1%)和科Bacteroidaceae(Mean:1.5%)水平上有都存在显著地高丰度。另外,一种未分类细菌bacteria在橙壳扇贝的肠道菌群中占有显著的高比例;γ变形菌Gamaproteobacter(Mean:47.3%)在褐壳扇贝的肠道菌群中占有显著的高比例。  5)功能预测的PICRUSt分析结果表明:“南澳金贝”样品中,肠道菌群在氨基酸和脂肪酸代谢的功能基因出现显著的增加。另外,相比于橙壳扇贝,“南澳金贝”肠道菌群中类胡萝卜素合成的功能基因也出现显著的增加,说明肠道菌群可能与机体的类胡萝卜素富集机制有关。  相比于低类胡萝卜素含量的橙壳扇贝,“南澳金贝”肠道菌群组成具有更为显著的多样性和丰度。并且较于其他两种扇贝,“南澳金贝”肠道菌群表现出更为稳定的组成结构。  基于以上结果,我们认为肠道的类胡萝卜素环境可能与肠道菌群之间存在着密切的联系,肠道的类胡萝卜素环境可能在肠道菌群的多样性和稳态方面发挥着重要的作用。肠道的高类胡萝卜素环境可能有利于提高菌群的多样性和稳态。  本研究从肠道微生态环境的角度,对三种不同颜色表型的华贵栉孔扇贝完成了肠道菌群组成的高通量测序分析,并结合肠道类胡萝卜素相应的代谢指标检测,较完善地直接证实了肠道菌群与类胡萝卜素之间可能存在密切的联系。为“南澳金贝”富集类胡萝卜素机制提供了一个新思路,并且为肠道菌群在类胡萝卜素代谢方面的进一步研究提供了理论依据。
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