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彩票大赢家登陆注册王德华研究团队揭示野生动物及其肠道菌群响应周期性温度波动的生理适应机制

彩票大赢家登陆注册  表型可塑性是生物应对复杂多变环境的一种适应,决定物种的适合度和分布范围。野生动物在自然环境中经常面临周期性的环境温度波动。随着全球气候变暖,在夏季也经常面临热浪的胁迫,以及极端气候条件的影响。面对周期性的低温或高温暴露,野生动物及其共生微生物如何适应这种变化的环境?低温或高温经历是否会提高动物应对环境变化的适应能力?

  2020年10月20日,彩票大赢家登陆注册 动物研究所王德华研究团队在国际学术期刊mSystems上发表了题为“Gut Microbiota and Host Thermoregulation in Response to Ambient Temperature Fluctuations”的研究论文。研究发现数次面对低温或高温胁迫,野生动物及其肠道菌群更易适应这种环境胁迫,菌群及其代谢产物的动态变化赋予宿主应对温度波动时产热调节的可塑性,特别是对于恒温动物提高在低温环境下的生存适合度至关重要。

  这是该研究团队自发现肠道菌群介导聚群行为产热的能量节省机制(Microbiome, 2018),肠道菌群与去甲肾上腺素互作调控冷适应性产热(The ISME Journal, 2019),以及食粪行为通过维持微生物稳态调节宿主能量平衡和认知行为(The ISME Journal, 2020)等成果以来,在肠道微生物与野生动物能量代谢调节研究领域又一新的发现。

  在这项工作中,研究人员对长爪沙鼠(Meriones unguiculatus)进行高温(37oC)或低温(5oC)驯化2周,然后转入常温(23oC)2周,经过3个周期(共3个月)的驯化,发现周期性的温度驯化诱导食物摄入、静止代谢率、与代谢调节相关激素(血清甲状腺素)、体核温度等发生周期性波动变化,而且末次温度驯化时食物摄入等指标的变化幅度小于初次驯化的结果。肠道菌群的β多样性随3次温度驯化而发生变化;特定菌如丁酸弧菌属(Butyricimonas spp.)和瘤胃球菌属(Ruminococcus spp.)随高温驯化发生周期性变化,而颤螺旋菌属(Oscillospira彩票大赢家登陆注册 spp.)仅对初次高温产生反应;这些特定菌的变化与代谢率等指标明显相关。进一步通过抗生素处理发现,降低肠道微生物后,这些动物面对低温胁迫时,因代谢和产热可塑性明显被抑制导致体温持续降低而死亡,而在高温条件下其存活则不受影响。抗生素处理的动物在低温下补充丙酸盐作为能量,就能维持相对较低而恒定的体温。这些结果表明经过周期性温度驯化,肠道菌群和宿主均表现出更强的适应能力,肠道菌群及其代谢产物的动态变化赋予宿主应对温度波动时产热调节的可塑性。

彩票大赢家登陆注册  这一发现不仅揭示了肠道菌群对宿主表型可塑性的调节作用,而且揭示了低温可能是驱动肠道菌群与恒温动物共生的关键信号,对于理解肠道菌群与宿主共生的进化具有重要的理论意义。彩票大赢家登陆注册 动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室动物生理生态学研究组博士研究生Saeid Khakisahneh和副研究员张学英为共同第一作者,王德华研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目(31770440 和31772461)的资助。

  文章信息和链接: Khakisahneh S, Zhang X-Y, Nouri Z, Wang D-H. 2020. Gut microbiota and host thermoregulation in response to ambient temperature fluctuations. mSystems 5: e00514-20. .

彩票大赢家登陆注册图1 长爪沙鼠的能量代谢表型和肠道菌群随周期性温度波动而发生可塑性变化

彩票大赢家登陆注册图2 肠道菌群在小型哺乳动物应对环境温度波动维持体温中的作用

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