作為肉食動物卻喜歡吃竹子的國寶大熊貓，但是自身缺乏可以編碼消化纖維素所需的酶，因此推測其腸道微生物群與纖維竹飲食有關。然而它們的具體作用仍然未知。

實驗設計思路：

01、Illumina+Nanopore宏基因組測序：構建大熊貓腸道微生物基因組（MAGs）數(shù)據(jù)集；

02、宏轉錄組測序：利用宏基因組和宏轉錄組測序技術，比較大熊貓腸道微生物與肉食動物、草食動物和雜食動物的消化道微生物；

03、LC-MS代謝組：小鼠灌胃實驗驗證大熊貓腸道關鍵微生物氨基酸代謝。

研究結果：

1、大熊貓腸道MAGs數(shù)據(jù)集構建

通過二代+三代宏基因測序，共組裝到408個非冗余MAGs，其中，148個高質量基因組。主要以厚壁菌門 (204個MAGs) 、變形菌門 (139個 MAGs)和擬桿菌門 (33個 MAGs) 為主。

2、大熊貓腸道微生物宏轉錄組學分析

宏轉錄分析腸道微生物的表達情況，物種豐度和宏基因組有差異，大腸桿菌在宏基因組中豐度排名第三，在宏轉錄組中排名第六。

3、大熊貓微生物代謝途徑

基于宏基因組和宏轉錄組數(shù)據(jù)，對草食性（牛和羊）、雜食性（豬，老鼠和人）和肉食性貓進行比較。重點關注主要營養(yǎng)物（碳水化合物）代謝中的微生物代謝途徑，發(fā)現(xiàn)大熊貓的腸道微生物不具備利用竹子纖維獲得額外能量的潛能，竹子中的蛋白質可能是大熊貓的主要能量來源。

因此，大熊貓腸道微生物對宿主食性改變的適應性貢獻仍然有待深入探究。

4、大熊貓腸道微生物群在宿主必需氨基酸生物合成中的作用

研究探索了大熊貓腸道微生物豐度最高的菌（乳酸鏈球菌）是否有助于宿主合成必需氨基酸。根據(jù)乳酸鏈球菌的相對豐度講熊貓分為高豐度、中豐度、低豐度三組，發(fā)現(xiàn)某些必需氨基酸合成有關的KEGG通路（map00300 、map00400 ）豐度顯著高于中豐度、低豐度組，說明乳酸鏈球菌可能對大熊貓氨基酸合成有重要的貢獻。

通過小鼠模型驗證乳酸鏈球菌的重要性。從大熊貓中分離出乳酸鏈球菌灌胃給低蛋白和正常蛋白日糧的BALB/c小鼠，3周取空腸內容測定代謝組。發(fā)現(xiàn)對于低蛋白飲食的小鼠，灌胃組的非必需氨基酸和必需氨基酸的總豐度均顯著高對照組。正常日糧下，變化沒有統(tǒng)計學意義。

研究結論

本研究通過深度宏基因組測序構建大熊貓腸道MAGs，發(fā)現(xiàn)大熊貓的腸道微生物群在蛋白質代謝而非碳水化合物代謝中起到了重要作用，乳糖鏈球菌參與了大熊貓腸道的蛋白質代謝。本研究為大熊貓腸道微生物多樣性和代謝潛力的認識提供了新方向，從微生物氨基酸代謝的角度解釋大熊貓腸道微生物對大熊貓食性轉變的作用，為解析大熊貓的適應性進化提供新視角。

參考文獻

The unique gut microbiome of giant pandas involved in protein metabolism contributes to the host’s dietary adaption to bamboo.Microbiome,2023.