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《动物所发现肠道微生物或参与光周期调控鼠类的季节性繁殖》

  • 来源专题：转基因生物新品种培育
  • 编译者： 姜丽华
  • 发布时间：2022-12-07

  •   季节性繁殖是许多动物采取的繁殖策略。已知光周期是调控动物季节性繁殖的关键因素，可通过影响下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴调节一系列生殖基因和激素的表达，进而调控动物的繁殖启动和终止。最近有研究表明，光周期可以改变鼠类肠道微生物的组成；一些肠道微生物与宿主生殖激素的分泌和精子发生等过程有关。然而，肠道菌群是否参与光周期调节动物的季节性繁殖尚不清楚。

      中国科学院动物研究所张知彬研究团队以内蒙古草原季节性繁殖的雄性布氏田鼠为研究对象，通过光周期操纵实验和肠道微生物群移植（FMT）实验，探究了肠道微生物群与光周期调节布氏田鼠季节性繁殖的关系。研究显示，短光周期显著降低了体重生长、性腺（睾丸和附睾）重量、血清激素（包括促卵泡激素、促黄体生成素和睾酮）水平、下丘脑基因（Dio2、Rfrp-3和Kiss-1）和睾丸基因（Dio2、Kiss-1和GPR54）表达量，增加了血清中褪黑激素水平、睾丸基因（Dio3和Stra8）表达量和攻击行为强度（图1）。研究表明，肠道微生物的组成和结构与光周期处理密切相关（图2）。研究将长、短光周期暴露的供体布氏田鼠粪便移植发现，受体田鼠的3个繁殖激素（褪黑激素、促卵泡激素和促黄体生成素）水平和3个繁殖基因（下丘脑Kiss-1、睾丸Dio3和Dio2/Dio3比值）表达量变化与供体田鼠反应一致（图3）。此外，肠道微生物移植也改变了受体田鼠的活动节律。该研究说明肠道微生物群可能通过HPG轴、褪黑激素和下丘脑中Kisspeptin/GPR54系统参与光周期调节鼠类季节性繁殖和行为活动。

      该研究为阐明宿主和肠道微生物互作在光周期调节动物季节性繁殖和行为方面提供了新的思路和见解，并在有害动物防治、家养动物繁育和人类健康管理等方面具有参考与借鉴意义。

      11月15日，相关研究成果以Gut microbiota is associated with the effect of photoperiod on seasonal breeding in male Brandt’s voles (Lasiopodomys brandtii)为题，在线发表在Microbiome上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项和中国科学院青年创新促进会项目的支持。

  • 原文来源：https://www.cas.cn/syky/202211/t20221116_4854980.shtml
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  • 《动物所发现肠道微生物或参与高密度拥挤加速布氏田鼠衰老的调节》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-03-31
    •  人和动物都会经历高密度拥挤压力。研究表明，高密度拥挤可增加社会压力，从而加速人或动物的衰老，导致人较早出现白发或脱发、或动物寿命缩短。因此，研究高密度下动物衰老调节机制，对于认识动物种群波动规律和调控机理、改善人类健康等具有重要意义。然而，肠道微生物如何参与高密度拥挤下动物衰老过程的调控尚不清楚。   布氏田鼠（Lasiopodomys brandtii）是一种广布于我国内蒙古草原的群居型鼠类。布氏田鼠的种群数量年间波动较大，在种群暴发年份种群密度可达600-1000只/每公顷，对草场产生严重危害。过去研究表明，气候、密度、食物等变化可显著改变布氏田鼠社会压力、肠道微生物群落结构和组成。为此，中国科学院动物研究所提出了如下假设：高密度处理会显著增加其社会压力，加速其衰老过程；肠道微生物可能参与其衰老调节过程的调节；高密度消除或服用丁酸（改善肠道环境）可逆转高密度导致的衰老过程。   研究团队在实验室环境下设置不同的笼养密度处理组——低密度组（2只/笼）、中密度组（4只/笼）、高密度组（6只/笼）。研究发现，高密度拥挤可促进衰老相关过程、缩短个体寿命。高密度组处理增加了血清皮质酮水平、氧化损伤（8-OHdG和4-HNE）和促炎因子（TNF-α）表达水平，减少了端粒的长度（图1），证实了第一个假设。高密度组处理降低了有益菌的种类和丰度（Akkermansia Muciniphila和Butyrivibrio），增加了致病菌的比例（Clostridium difficile），改变肠道微生物群的组成，导致短链脂肪酸含量下降（图2）。进一步，研究团队将不同密度处理组布氏田鼠的粪菌移植给单笼饲养的田鼠，验证肠道微生物是否参与高密度压力诱导的衰老加速。研究通过粪菌移植发现，受体田鼠的衰老指标出现与供体田鼠相一致的结果（图3）。这说明肠道微生物可能在调节布氏田鼠密度依赖性衰老相关过程中发挥了关键作用，验证了第二个假设。那么，高密度压力导致的衰老是否可逆？为此，科研团队设置高密度压力消除组（高密度处理组转变为低密度处理组）和补充丁酸组。研究发现，通过高密度处理消除和补充丁酸可显著下调社群压力、抑制NF-κB和COX-2通路、缓解衰老相关过程（图4），验证了第三个假设。   研究表明，高密度饲养可加速布氏田鼠的衰老，缩短其寿命；肠道微生物在密度拥挤加速宿主衰老中发挥着重要作用；高密度消除或改善肠道环境可减缓宿主衰老过程。该研究对于揭示鼠类种群调控机制和鼠害控制提供了新的见解和思路，并对改善特定高密度环境下人类健康具有一定的借鉴意义。   3月26日，相关研究成果以Gut microbiota is associated with aging-related processes of a small mammal species under high-density crowding stress为题，在线发表在Advanced Science上。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项的支持。
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  • 《华南植物园发现光周期调控植物种子大小的普遍性规律》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2023-03-04
    • 作为自然界中最稳定的环境因子，光周期（Photoperiod）广泛调控植物生长发育的多个方面。多年来，人们对光周期影响植物开花以及其背后的分子机制已有较为清晰的认识，但其如何影响花后发育尤其是种子发育仍不清楚，其潜在的作用机制亟待解析。   根据成花转变对不同日照长度的响应，光周期敏感植物主要分为长日照（Long Days，LDs）诱导开花的长日照植物和短日照（Short Days，SDs）诱导开花的短日照植物。为探索光周期是否影响植物种子的发育，中国科学院华南植物园研究人员选取六种具有不同光周期特性的植物，包括长日照植物百脉根（Lotus japonicus）、豌豆（Pisum sativum）和拟南芥（Arabidopsis thaliana），以及短日照植物大豆（Glycine max）、红小豆（Vigna umbellata）和菜豆（Phaseolus vulgaris），观测其在不同光周期条件下的种子表型。有趣的是，三种长日照植物（百脉根、豌豆和拟南芥）和三种短日照植物（大豆、红小豆和菜豆）分别在LDs和SDs下产生更大的种子，与其各自的光周期开花特性一致。  研究人员对长日照植物拟南芥和短日照植物大豆进行深入研究，发现当光周期响应因子CONSTANS（CO）发生突变时，植株在不同光周期下会产生同样大小的种子，即种子大小发育的决定失去对光周期的敏感性，表明CO在光周期调控种子发育中具有关键作用。他们对拟南芥光周期途径中CO上游的生物钟基因及光受体基因突变体的表型观测，以及通过一系列光周期转移实验进一步确定了CO在介导光周期信号调控种子大小中的核心功能。之后，通过转录组、基因表达、遗传分析及细胞学观察，他们发现种子发育负调控基因APETALA2（AP2）是CO的重要靶基因。在LDs下培养的拟南芥以及SDs下培养的大豆中，CO直接抑制AP2的转录，以光周期依赖的方式调控种子大小。进一步分析发现，CO-AP2通过调控种皮表皮细胞增殖以母本依赖的方式发挥功能。  基于这些结果，该研究揭示了光周期对种子发育的直接调控作用，并阐明了CO-AP2在该过程中的核心功能。这一发现将加深人们对具有不同光周期特性的植物如何感知季节变化以优化其生殖生长的理解，为环境因子直接影响种子发育的机理提供了新的见解和依据。此外，种子大小是影响作物产量高低和品质优劣的重要农艺性状，该研究可为作物在不同纬度的区域性种植提供重要的理论指导。   该研究揭示了光周期调控植物种子大小的普遍性规律。相关研究成果于近日以Photoperiod controls plant seed size in a CONSTANS-dependent manner为题发表在Nature Plants上。   相关研究工作得到中国科学院重点部署项目、国家自然科学基金项目和中国科学院战略性先导科技专项等的支持。
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