研究揭开大熊猫消化竹子纤维素之谜

研究揭开大熊猫消化竹子纤维素和半纤维素之谜

基因序列分析 10月17日，PNAS在线刊登了中科院动物研究所魏辅文研究员领导的动物生态与保护遗传学研究组最新研究成果：Evidence of Cellulose Metabolism by the Giant Panda Gut Microbiome，揭示了大熊猫如何借助肠道微生物消化竹子中纤维素与半纤维素的机制。大熊猫（Ailuropoda melanoleuca）在分类上属食肉目，具有食肉动物典型的消化系统。但它却特化以竹类为食，无疑是典型的素食者。竹子是一种高纤维和低营养的食物，已有的研究表明，大熊猫除消化竹子中90%以上的蛋白质和脂肪等营养物质外，还能利用约8%的纤维素和27%的半纤维素。然而，2010年公布的大熊猫基因组却未能发现大熊猫具有编码纤维素和半纤维素等消化酶的基因。大熊猫是如何消化利用竹子中纤维素与半纤维素等营养物质的，一直是未解之谜。研究组分析了来自15只健康大熊猫新鲜粪便的肠道菌群的5000多条16s rRNA基因序列，发现野生大熊猫肠道菌群的主要特点是具有高比例的梭菌纲物种，在梭菌纲物种中有1400多条序列来自梭菌类群I，180多条序列来自梭菌类群XIVa，这两类群是已知能消化纤维素的细菌类群。课题组进一步采用新一代测序技术，测定了其中3只野生大熊猫肠道菌群的宏基因组。在三个野生个体中都发现了纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、1,4 -β-木糖苷酶木聚糖以及1,4 -β-木聚糖酶的相关编码基因，而且大部分来自梭菌属物种。宏基因组的结果进一步证实了大熊猫肠道菌群能消化纤维素与半纤维素，梭菌类物种扮演了重要角色。大熊猫在漫长的进化历史中，已产生一系列适应进化特征，如发达的牙齿、颌骨、伪拇指、丰富的肠壁绒毛以及肠道菌群等来适应与克服竹类这一特殊食物。该论文发表后，Nature、BBC、CNN和National Geographic等媒体进行了采访报道。动物所朱立峰和吴琦博士为该文共同第一作者。该研究得到科技部973项目、国家自然科学基金委和中国科学院方向性项目资助。（来源：中科院动物研究所）