病毒感染和高溫處理對家蠶腸道菌群結構的影響.pdf

1、家蠶是鱗翅目昆蟲的模式種，家蠶基因組全序列完成后，有關家蠶功能基因組學、發(fā)育與變態(tài)、性別決定、絲蛋白的高效合成、天然免疫等機制研究取得巨大進展，但有關家蠶腸道菌群結構的研究相對較少。動物腸道中棲居著大量的微生物，腸道微生物在對食物的消化和營養(yǎng)的吸收過程中起非常重要的作用。早期研究者通過傳統(tǒng)的純培養(yǎng)的方法對家蠶腸道微生物做了初步的研究；隨著對分子生物學技術的進步，有學者利用細菌16S rRNA基因的通用引物，采用變性梯度凝膠電泳（DGGE

2、）的方法對家蠶腸道菌群做進一步研究。由于自然界絕大多數菌難以人工培養(yǎng)，DGGE法也存在缺陷，不能全面深入地檢測出家蠶腸道微生物。近年來，高通量測序技術已成為研究腸道微生物種群的關鍵技術，因此本研究利用高通量測序技術調查家蠶腸道細菌的多樣性及豐度，希望為更全面地理解腸道微生物與家蠶間的相互關系提供新的數據。家蠶腸道菌群結構受性別、發(fā)育、飼料及環(huán)境等多種因素的影響，腸道微生物的失衡，往往導致腸道細菌性疾病的發(fā)生，同時誘導家蠶產生免疫響應，并

3、引起免疫通路相關基因及抗菌肽基因的表達發(fā)生相應的改變，反過來又影響腸道菌群的結構和組成。
　　為了探討家蠶腸道微生物菌群對病毒感染、高溫處理的響應規(guī)律，解析腸道微生物與病毒感染、家蠶免疫通路基因表達間的互作，分析家蠶進化過程中腸道微生物的變化，本研究分別調查了家蠶質型多角體病毒(BmCPV)、家蠶濃核病毒(BmBDV)感染以及高溫刺激對五齡家蠶腸道細菌種群的變化，分析了家蠶腸道細菌之間的互作，初步研究了家蠶腸道菌群變化與病毒感染、

4、高溫刺激、家蠶基因表達之間的相互關系，并研究了家蠶與野桑蠶腸道細菌種群的差異。相關研究結果為全面理解家蠶腸道微生物提供了新的數據。
　　1.BmCPV感染對家蠶腸道菌群的影響
　　為了調查正常家蠶腸道菌群的結構組成及感染BmCPV后的變化，按感染病毒后正常飼養(yǎng)24h，72h和144h三個時間點收集五齡家蠶腸道內容物，根據16S rRNA基因的焦磷酸測序數據分析各感染時期的腸道細菌的組成和豐度。結果顯示，在正常雌性和雄性家蠶腸

5、道中分別發(fā)現147和135個細菌屬，在感染BmCPV雌性和雄性家蠶腸道中分別發(fā)現113和103個細菌屬?？傮w來講，感染BmCPV以后，家蠶腸道細菌多樣性明顯降低，但是屬于革蘭氏陽性菌的腸球菌屬(Enterococcus)和葡萄球菌屬(Staphylococcus)的豐度增加，推測感染BmCPV后的這種細菌屬豐度的變化與家蠶的免疫系統(tǒng)反應有關。優(yōu)勢菌屬的豐度相關性分析結果顯示，腸球菌屬的豐度與其它的優(yōu)勢菌屬成負相關。
　　2.BmB

6、DV感染對家蠶腸道菌群的影響
　　為了探討 BmBDV感染對家蠶腸道菌群的影響及可能的作用機制，五齡起蠶人工感染BmBDV后，按感染病毒后正常飼養(yǎng)48h，96h，144h三個時間點收集感染家蠶及正常家蠶的中腸內容物及中腸，利用16S rRNA基因的Illumina miseq sequencing數據對腸道菌群進行分析。結果顯示，BmBDV感染家蠶腸道中菌群結構與對照家蠶差異較大，菌群多樣性在感染后正常飼養(yǎng)48h、96h變化不大，

7、而144h明顯低于正常家蠶。感染 BmBDV后，腸球菌屬比例逐漸增加，分類不明菌屬Incertae_Sedis的比例在感染后96h時達到最高，乳球菌屬（Lactococcus）的比例減少。主成分分析結果顯示，腸球菌豐度與大部分優(yōu)勢細菌呈負相關，其中Anderseniella、Incertae_Sedis、反硝化細菌（Simplicispira）及腸球菌屬豐度增加很可能與感染BmBDV有關。熒光定量分析結果顯示，BmBDV感染后期，免疫系

8、統(tǒng)Toll、IMD和JAK/STAT通路相關基因表達量升高，同時誘導中腸抗菌肽（攻擊素attacins，防御素defensin，天蠶素cecropins）的表達,感染后144h時腸道中的腸球菌屬豐度增加與家蠶 Spatzle（Bmspz）、肽聚糖識別蛋白（BmPGRP-LE和BmPGRP-LB）基因表達量成正比，推測BmBDV感染導致腸球菌豐度增加，進而激活Toll及IMD通路。
　　3.短暫高溫處理對家蠶腸道菌群的影響
　

9、　有關高溫對家蠶腸道微生物種群、基因表達的影響研究較少。本研究利用16S rRNA基因的高通量測序技術研究了短暫高溫處理(37?C,8h)后正常飼養(yǎng)48、96、144h的家蠶腸道細菌種群結構，同時用 qPCR檢測了家蠶免疫信號通路重要基因表達水平。結果顯示,高溫處理的家蠶腸道細菌多樣性增加，腸球菌屬、泛菌屬（Pantoea）、Incertae_Sedis、Escherichia-Shigella、Anderseniella和不動桿菌屬（

10、Acinetobacter）的豐度變化幅度較大，表明它們對高溫處理較敏感。PCA分析顯示，腸球菌屬與葡萄球菌屬的豐度與其它優(yōu)勢菌成負相關。物種-宿主基因表達矩陣分析結果顯示，在健康家蠶樣品中 Bmspz表達水平與腸球菌屬和葡萄球菌屬的豐度成負相關，與其它優(yōu)勢菌成正相關（除貪食菌屬（Variovorax）外）），Dicer-2基因（Bmdrc-2）的表達水平與腸球菌屬和葡萄球菌屬豐度成正相關；在高溫處理的家蠶樣品中，貪食菌屬的豐度與 Bm

11、spz表達水平成正相關，腸球菌屬、Escherichia-Shigella、Incertae_Sedis、Anderseniella、不動桿菌屬的豐度與 Bmspz表達水平成負相關，與Bmdrc-2、BmPGRP-LE、BmPGRP-LB成正相關。這些結果為理解高溫-家蠶腸道細菌-家蠶基因表達間的關系提供了新的線索。
　　4.野蠶腸道菌群結構
　　野桑蠶(Bombyx mandarinaLeech)是家蠶的祖先，為了分析家蠶

12、馴化對腸道微生物種群的影響，本研究對野桑蠶/家蠶五齡后期腸道細菌進行了16S rRNA基因的高通量測序，結果顯示，野桑蠶中腸球菌屬的豐度(69.73％)明顯高于家蠶(48.99%)，罕見菌屬(Advenella)在野蠶腸道細菌的比例為11.54%，而在家蠶中沒有檢測到；乳球菌屬（Lactococcus），芽孢桿菌屬（Bacillus）、假單胞菌屬（Pseudomonas）在正常家蠶腸道細菌的占比分別為17.73%、5.02%和1.61%