在高海拔环境下，鸡的共生微生物组与宿主基因组之间的协同作用

《Science China-Life Sciences》：Collaboration of the symbiotic microbiome and host genome during the high altitude adaptation of chickens

高原鸡多代驯化下肠道与呼吸道微生物群组成及互作机制研究。揭示宿主基因NAT8L通过调控Acetobacteroides丰度，影响氨基酸代谢通路，促进高原适应。发现呼吸道微生物环境适应响应更显著（88genera），肠道微生物以代谢功能为主，形成enterotypes和pulmotypes两类表型。为高原适应机制提供微生物-宿主互作新证据。

　　

摘要

高海拔栖息地的恶劣环境对动物的生存和繁殖构成了巨大挑战。一个多世纪以来，科学家们一直在研究高原恒温动物如何适应缺氧和寒冷环境。然而，共生微生物群对宿主适应的响应及其贡献仍不清楚。在这项研究中，我们综合分析了原产于拉萨高海拔地区的藏鸡（这些藏鸡已在低海拔的北京饲养了20年，相当于大约20代）以及其他高海拔和低海拔品种的肠道和呼吸道微生物组，以探讨微生物群与宿主在高海拔适应过程中的共同进化。研究结果表明，呼吸道微生物组成与肠道微生物组成有所不同：盲肠微生物群富含代谢相关基因，而肺部微生物群则更侧重于环境信息处理功能。生活在拉萨的藏鸡盲肠中的微生物多样性更高，而肺部微生物多样性较低。值得注意的是，根据海拔高度的不同，盲肠和肺部的微生物群可以分别被划分为不同的肠型（enterotype）和肺型（pulmotype）。肺部微生物组对高海拔环境的适应能力更强，有88个微生物属被鉴定为高海拔适应的标志基因，而盲肠中仅有7个。此外，盲肠中的Acetobacteroides菌株受到环境条件和宿主遗传因素的共同调控，在高海拔藏鸡中的丰度更高。FST分析和mbQTL图谱分析确定NAT8L是一个受自然选择影响的关键基因，它调控Acetobacteroides的定植。此外，基因型相关的代谢物水平差异表明NAT8L与Acetobacteroides之间可能存在关联，这可能与其在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢中的共同作用有关。这些发现揭示了宿主基因-代谢-微生物群之间的相互作用轴，该轴有助于提高能量效率，为高海拔适应过程中的微生物群与宿主的协同作用提供了新的视角。

高海拔栖息地的恶劣环境对动物的生存和繁殖构成了巨大挑战。一个多世纪以来，科学家们一直在研究高原恒温动物如何适应缺氧和寒冷环境。然而，共生微生物群对宿主适应的响应及其贡献仍不清楚。在这项研究中，我们综合分析了原产于拉萨高海拔地区的藏鸡（这些藏鸡已在低海拔的北京饲养了20年，相当于大约20代）以及其他高海拔和低海拔品种的肠道和呼吸道微生物组，以探讨微生物群与宿主在高海拔适应过程中的共同进化。研究结果表明，呼吸道微生物组成与肠道微生物组成有所不同：盲肠微生物群富含代谢相关基因，而肺部微生物群更侧重于环境信息处理功能。生活在拉萨的藏鸡盲肠中的微生物多样性更高，而肺部微生物多样性较低。值得注意的是，根据海拔高度的不同，盲肠和肺部的微生物群可以分别被划分为不同的肠型（enterotype）和肺型（pulmotype）。肺部微生物组对高海拔环境的适应能力更强，有88个微生物属被鉴定为高海拔适应的标志基因，而盲肠中仅有7个。此外，盲肠中的Acetobacteroides菌株受到环境条件和宿主遗传因素的共同调控，在高海拔藏鸡中的丰度更高。FST分析和mbQTL图谱分析确定NAT8L是一个受自然选择影响的关键基因，它调控Acetobacteroides的定植。此外，基因型相关的代谢物水平差异表明NAT8L与Acetobacteroides之间可能存在关联，这可能与其在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢中的共同作用有关。这些发现揭示了宿主基因-代谢-微生物群之间的相互作用轴，该轴有助于提高能量效率，为高海拔适应过程中的微生物群与宿主的协同作用提供了新的视角。