【摘 要】
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鲸豚类哺乳动物是典型的水生哺乳动物,它们的栖息地——水环境拥有极高的微生物丰度,其中包括对鲸豚类哺乳动物健康造成威胁的病原体,如致病菌、病毒和寄生虫等。虽然鲸豚类哺乳动物在水体环境中直接与病原体接触,但其独特的免疫系统能够保护自身免受病原体的胁迫,并且鲸豚类哺乳动物皮肤和身体内部均形成了不同于栖息环境的微生物群落。鲸豚类哺乳动物的微生物组和免疫系统成为其抵御病原体感染重要因素,然而,由于鲸豚类哺乳
【基金项目】
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国家青年科学基金(批准号:42006105); 中海油基金; 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项(批准号:GML2019ZD0606); 农业部“中华白海豚保护行动”;
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鲸豚类哺乳动物是典型的水生哺乳动物,它们的栖息地——水环境拥有极高的微生物丰度,其中包括对鲸豚类哺乳动物健康造成威胁的病原体,如致病菌、病毒和寄生虫等。虽然鲸豚类哺乳动物在水体环境中直接与病原体接触,但其独特的免疫系统能够保护自身免受病原体的胁迫,并且鲸豚类哺乳动物皮肤和身体内部均形成了不同于栖息环境的微生物群落。鲸豚类哺乳动物的微生物组和免疫系统成为其抵御病原体感染重要因素,然而,由于鲸豚类哺乳动物的特殊性,目前关于其微生物组的研究较少,对鲸豚类哺乳动物皮肤和器官内微生物组的种类与丰度了解仍缺乏;对鲸豚类哺乳动物抵御病原体感染的分子响应的研究仍不足。因此,本研究通过16s r RNA测序技术,对比分析了印太江豚不同生理结构中微生物种类、丰度和结构,并且重点分析了其中对鲸豚类哺乳动物具有潜在威胁的病原体。然后通过对鲸豚类哺乳动物皮肤成纤维细胞进行特征病原体的暴露,探索了鲸豚类哺乳动物和人类先天免疫系统对两种特征性病原体分子响应的异同。通过对从一头搁浅的印太江豚身上取得肠道和皮肤伤口的微生物的16s r RNA分析,发现印太江豚肠道微生物含量最高的门类分别为梭杆菌门(67.51%±5.10%)、厚壁菌门(22.00%±2.60%)和变形菌门(10.47%±5.49%),皮肤伤口微生物含量最高的门类分别为变形菌门(76.11%±0.54%)、厚壁菌门(12.00%±2.60%)和拟杆菌门(10.13%±0.49%)。对比肠道中微生物组的组成发现不同区域的微生物组的组成具有显著差异,但微生物丰度在不同的肠道区域无显著区别。通过对微生物组进一步分析鉴定出印太江豚肠道和皮肤伤口中的潜在病原体,分别是中肠的发光杆菌属(Photobacterium)、后肠的放线杆菌属(Actinobacillus)及皮肤伤口中的欧文斯氏弧菌(Vibrio Owensii)和丹毒丝菌属(Erysipelothrix)。根据此部分结果,本研究决定选用特征性病原体欧文斯氏弧菌作为主要的研究对象之一,联合陆生哺乳动物的特征性微生物表皮葡萄球菌,开展针对鲸豚类哺乳动物先天免疫系统对病原体的分子响应研究。采用欧文斯氏弧菌和表皮葡萄球菌分别刺激印太江豚、小虎鲸和人的皮肤成纤维细胞,通过转录组测序后分析,本研究从生物信息学的角度展示了用两种特征性病原体直接刺激细胞6小时后近岸鲸豚类哺乳动物、远洋鲸豚类哺乳动物和陆生哺乳动物先天免疫系统的响应情况。结果显示,经两种不同的特征性病原体暴露后,三个物种皮肤成纤维细胞的差异基因富集结果主要集中在细菌响应、细胞因子应答、炎症等与免疫反应相关的功能上。通过GO富集分析发现,表皮葡萄球菌刺激后,小虎鲸细胞的物质代谢相关功能也受到影响,说明小虎鲸可能对表皮葡萄球菌有特殊的响应机制,且不同哺乳动物在响应病原体入侵时既有共性又有差异。通过q PCR实验验证了几个主要的细胞因子的基因表达情况,发现欧文斯氏弧菌和表皮葡萄球菌这两种特征性病原体的刺激在短时间(6小时)和长时间(24小时)都能显著上调鲸豚类哺乳动物免疫因子的表达水平,但只有在长时间处理条件下表皮葡萄球菌才能稍微提高人皮肤成纤维细胞的免疫因子表达水平。本研究一方面分析鉴定了印太江豚体内的微生物组与病原体,通过研究江豚体内的微生物组成和多样性,为监测和掌握鲸豚的健康状况提供了新的数据支撑;另一方面对比分析了水生哺乳动物和陆生哺乳动物对特征性病原体的分子响应,探索了三个物种的先天免疫系统对特征性病原体的分子响应机制异同。
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