● 前言
中文标题:宿主基因组和微生物组在长期外来生物诱导选择下的协同效应 研究物种:丽蝇蛹集金小蜂 发表期刊:Science Advances 影响因子:13.116 文章中代谢组数据分析由欧易/鹿明生物完成
● 研究背景
● 研究结果
1.饲喂莠去津的金小蜂(Nasonia)的适应性微生物组进化 在实验室中,建立两个实验种群,蔗糖溶液CCc和AAa饲养溶液两组。两个种群的85代后代利用16s测序得到结果证实:AAa种群逐渐与亲代分离,而CC溶液随时间变化与亲本相对稳定。同时,发现了两个菌株赋予了宿主对莠去津的抗性。总的来看,这些结果表明,暴露于莠去津时, 的微生物组发生变化,这反过来又赋予了宿主在莠去津存在下的适应性优势。去除莠去津后,获得的抗莠去津的遗传特细可遗传超11代,因此在此期间暴露于莠去津时,可以为宿主提供持续的益处。
图1 | 适应性微生物组进化介导了N. vitripennis莠去津的抗药性
2.AAa微生物组的变化增加了莠去津的解毒效率 通过LC-MS代谢组学分析,比较了CC,AA的代细物,我们发现,GF群和常规种群仅有0.94%的代谢物相同,这表明肠道微生物组对Nasonia的代谢具有重要意义。与蔗糖饮食相比,去莠去津的次生代谢产物Desethylatrazine(图S2C)在暴露于3 ppm 莠去津饮食中的两种AAa中均升高(978倍))和CCc群体(与蔗糖饮食相比增加333倍)(图2C),但在无菌蜂中却不存在,因为无菌蜂无法自身代谢莠去津(图2C)。 图2 | 微生物组的变化影响的代谢组并增加莠去津的解毒效率
3.莠去津诱导的宿主基因组选择的特征 接下来,我们研究了莠去津对宿主基因组的影响。在这里,我们使用全基因组重测序来研究CCc和AAa种群之间的遗传差异。祖先种群CCc1和莠去津种群AAa70之间的固定指数(Fst)略高于CCc1与衍生的对照种群CCc70之间的固定指数(Fst值0.0031)。与祖先CCc1群体相比,该方法鉴定了343个基因,代表了总共1.7 Mb的基因组序列,在AAa70群体中具有最大Fst值(最高10%)和最小Pi1 / Pi2值(最高10%)。当将AAa35和AAa70群体与CCc1群体(表S2)进行比较时,会检测到这些候选选择性区域,但是当将CCc35或CCc70群体与CCc1群体(表S2)进行比较时,这些候选选择区域不存在于相同的基因组区域中。这表明在AAa群体中鉴定出的候选选择区可能不是由随机遗传漂移引起的,而是由从莠去津或暴露于莠去津后从改变的微生物组中选择而引起的。在保守的选择区中大多数基因的功能是未知的(表S2)。 图3 | AAa种群中具有选择性扫描信号的基因组区域
4.莠去津暴露会改变宿主的免疫能力和免疫基因表达 鉴于宿主先天免疫系统对健康和介导宿主-微生物组相互作用的关键作用,我们接下来使用免疫激发实验和RNA测序(RNA-seq)。对F69代CCc,AAa和AAc种群的雌性进行了免疫刺激实验。热灭活细菌通常用于通过识别细菌细胞壁或表面成分(例如肽聚糖或脂多糖)来引发免疫反应,从而可以研究免疫激活的作用,同时避免由于细菌增殖引起的病理作用。在种群之间比较了刺激后120小时封闭的成虫的比例,将其作为免疫激活的指标,理由是诱导的免疫应答将引导能量资源远离变形。虽然接种PBS后未观察到成虫的脱落情况,但细菌刺激后CCc和AAa种群之间的成虫封闭比例明显不同,这取决于细菌的类型(图4A)。 图4 | 暴露于莠去津会改变宿主的免疫反应和免疫基因表达
5.F1杂种的免疫应答和免疫基因表达 鉴于F1杂种的免疫应答和免疫基因表达鉴于先天免疫应答的失调是介导不同Nasonia物种之间杂种分离的重要因素之一,我们接下来研究了CCc和AAa种群的F1杂种。在F68代,AAa雌性与CCc雄性交配(种群为F1AC),CCc雌性与AAa雄性交配(种群F1CA)。在细 I'm菌挑战后,在亲本种群中上调的七个免疫相关基因中,没有一个在F1CA种群中差异表达(图4D和表S3)。但是,即使在PBS刺激后,这些基因的表达水平也往往高于亲本群体的表达水平(图S4B),表明这些基因在F1CA群体中的组成型表达水平更高。相反,在革兰氏阳性细菌刺激后,抗菌肽2在F1AC群体中上调,而在革兰氏阴性细菌刺激后,所有三种防御素都上调(图4D和表S3)。这表明与亲本种群相比,两个F1杂种群体的免疫基因表达模式差异很大。考虑到宿主的遗传背景应该相似,这可能是由于母体效应或杂种中宿主基因型-微生物组相互作用的改变。 图5 | 宿主基因组与微生物组相互作用
6.微生物组移植验证了宿主基因组与微生物组之间的相互作用 莠去津暴露后宿主基因型和改变的微生物组之间的相互作用是使用种群内和种群间微生物组移植实验进行的。为此,使用无菌饲养获得了来自CCc和AAa种群(F69)的成虫厌食症。一天大的成虫要么暴露于蔗糖溶液中作为对照,要么暴露于补充有来自CCc或AAa种群(F69)的微生物组的糖蜜溶液,两种不同浓度。我们观察到,暴露于较高剂量的AAa微生物组后,CCc成虫的存活率显着降低,而将AAa成虫暴露于祖先的CCc微生物组后,CCc成虫的存活率没有发生这种下降(图6)。这些结果表明,当使二者接触而没有一段时期的协同适应时,进化的AAa微生物组和CCc基因型之间就不相容。 图6 | 种群内和种群间微生物组移植后的存活率
鹿明生物 上海鹿明生物科技有限公司多年来,一直专注于生命科学和生命技术领域,是国内早期开展以蛋白组和代谢组为基础的多层组学整合实验与分析的团队。 鹿明生物|空间代谢组学,代谢组学,非靶向代谢组学,靶向代谢组学
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