Nature | 黄路生院士团第揭示宿主血型基因对肠道菌群的影响

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关键词：揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-04-28

撰文 | 漓

肠道菌群影响着宿主的生理和病理状况。比如在牲畜体内，肠道菌群可以影响到甲烷的含量甚至是牧草饲养效率。在人体内，肠道菌群可以影响到血液中高密度脂蛋白胆固醇含量、空腹血糖水平甚至是BMI指数。这些现象说明了肠道菌群与宿主之间的复杂关系。但是，也有研究表明一些与肠道菌群相关的表型可以遗传，这似乎意味着或者肠道菌群是可以遗传的，或者宿主的什么因素比如基因型等可以通过肠道菌群反过来再影响自身。对于前一种可能性，虽然有部分小鼠实验证明，但来自于人的证据却寥寥无几。对于后一种可能性，有研究揭示同卵双胞胎之间的微生物相似相并不比异卵双胞胎的更高，似乎说明了宿主基因型的影响有限。

2022年4月27日，江西农业大学黄路生 （中国科学院院士、江西农业大学党委书记）、陈从英和Michel Georges合作在Nature上发表了文章 ABO genotype alters the gut microbiota by regulating GalNAc levels in pigs ， 利用猪作为研究对象，发现ABO基因型可以通过影响N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）水平调节肠道菌群。

研究人员首先利用61只F0中国种猪和西方种猪，繁殖了超过10代之后获得了超过7500只杂交猪构成的族群。之后研究人员在954头F6和892头F7中检测了超过200种表型、转录组、表观组、染色质互作组、代谢组和微生物组，并对F0进行了全基因组测序，获得了2380万个SNP和640万个indel。

同时，研究人员又收集了25天哺乳期、140天生长期、240天屠宰期F6和F7杂交猪的粪便、盲肠/回肠内容物，F7屠宰期杂交猪盲肠/回肠黏膜刮片，进行16s rRNA测序，获得了32032个OTU，其中12054个OTU占了全部reads数的98.7%，并被注释到了41个门、87个纲、149个目、207个科、360个属和150个种。有意思的是，240天屠宰期杂种猪的肠道菌群构成比小鼠与人的菌群更加类似。

接下来，研究人员分析了基因与菌群之间的关系，发现遗传相似性与菌群差异性存在负相关。利用GWAS分析发现miQTL影响最显著的是丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae），并且这些SNP都定位在了猪 N-乙酰-半乳糖胺基转移酶 3'端，这一基因在人体中正与ABO血型相关。在猪的基因组上该基因处会有一个2.3kb的缺失（纯合未OO型，杂合为AO型），这种多态性正好与肠道内的GalNAc （N-乙酰半乳糖胺）的浓度密切相关。值得一提的是，在人体内也存在有2.3kb的缺失，这一缺失出现的时间约为350万年前。

GalNAc可以作为肠道内细菌的碳源之一，那么是否受miQTL影响的丹毒丝菌科细菌是否利用GalNAc作为碳源呢？研究人员通过体外实验和小鼠实验证实了这一猜想，重要的是，丹毒丝菌科细菌与其他细菌在GalNAc操纵子方面也存在区别。

总之，这一研究利用大型哺乳动物猪作为研究对象，对宿主基因如何影响肠道菌群进行了研究，通过多组学分析发现了ABO血型基因对肠道菌群的影响，同时也有助于我们理解在进化史上宿主和微生物如何互相选择。

值得一提的是，在2月份，Nature Genetics以背靠背的形式发表了两篇文章 Effect of host genetics on the gut microbiome in 7,738 participants of the Dutch Microbiome Project 和 Combined effects of host genetics and diet on human gut microbiota and incident disease in a single population cohort ，同样也揭示了ABO基因对肠道菌群的影响，其中第二篇BioArt已经报道过，详见Nat Genet | 脑肠轴新发现，覃友文博士等大队列多组学揭示抑郁症的潜在致病菌。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-04769-z

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