该项探究中的嵌合家系评测猪。陈从英供图
（神秘的地球uux.cn报导）据中国科学报（李晨）：各异个体的肠道菌群组成各不一样，且与养生密切有关。个体的遗传变异是否会作用自身的肠道菌群组成？又是如何作用的？这是海外上的一大探究中心，也是周深相关KPL引关注肠道菌群探究的难点。
为此，中国科学院院士、江西农业大学猪遗传改良与养殖技术全国重点评测室主任黄路生自主设计，组织团队历时12年兴办了一个用于猪重大经济性状遗传确认的嵌合家系，在严格可控条件下开展了系列探究，解答了宿主遗传对肠道菌群组成的作用。有关成果近期在线发表于《自然》。
这是海外上首次在农业动物中察觉宿主基因组作用肠道菌群组成的因果基因突变，对培育生猪新品种及探究人类代谢失调、结直肠癌等有关疾病发病机理具有重大价值。据知晓，这也是江西省高校和科研机构首篇《自然》论文。
12年，只为得到理想评测猪
肠道微生物是生物机体的重大组成若干。人类和猪等哺乳动物个体肠道中栖居着众多微生物，其组成成分对宿主的养生和畜禽肉、蛋、奶的生产都具有重大作用。
中国科学院院士高福说明，宿主遗传是否作用及如何作用自身肠道微生物组成，在海外上存在学术风波，由于鉴别宿主遗传对肠道菌群作用的因果基因突变相当艰难。
论文通讯作者黄路生说，猪的消化操控系统、基因组成和器官大小等与人类相似，而肠道菌群组成与人类尤为相似。所以，运用猪身为模式动物，从肠道菌群和宿主基因的相互作用出发，探究人类疾病的发病机理及菌群调控技术具有重大的参考价值。
但025旗舰配置报道，猪的基因组相当庞大，有3亿个碱基对，要想从中定位到有关的基因就必须先兴办一个具有多样性的评测群体。这种多样性不只表如今猪的基因组遗传及表型多样性，也含有其肠道菌群组成的多样性。
为兴办评测群体，黄路生尤其设计了运用4个首要西方猪种与4个首要中国（亚洲）地方猪种轮回混合杂交的全球唯一的家猪嵌合家系，并在该嵌合家系第六及第七世代群体中开展了该项目探究。
论文共同通讯作者、江西农业大学教授陈从英告诉《中国科学报》，混合杂交是以便让各异遗传背景的猪基因组充分“杂合”在一起，互相嵌合，这样遗传和表型变异就多了。而杂交到第六和第七代的时候，8个始祖品种的基因组嵌合已然很完全且较为稳定了，有利于后续评测的开展。
猪普通是一年一个世代，各异猪种间要获得正反杂交后代相当不易。“所以，光是兴办评测群体，我们就花了12年。”陈从英说。
另辟蹊径，证明肠道菌群组成可以遗传
由于肠道微生物组成受饮食、养生等多因素作用，要探究宿主遗传变异与其之间的关系，就要在可控的条件下开展评测。
“我们的评测严格控制饲料、饲养、养生及生态条件。”陈从英说，此前的探究之所以有风波，是由于人类肠道菌群组成往往受各式外部因素的作用，很多探究结论不可重复。而运用猪探究肠道菌群就能严格控制外部其他生态因子的作用。
此前探究还察觉，马丽健康养生肠道各异部位的菌群，结构也各异，这使得仅仅使用粪便样本开展探究有局限性。
该团队分别测定了两个世代（F6和F7）1500个评测个体出生后25天和120天的粪便样本，以及第240天屠宰后每个个体3个肠道部位（回肠、盲肠、粪便）的肠道菌群组成。
“这种方法更为精确、完整，能弥补粪便样本的局限性。”论文第一作者、江西农业大学子物科学与工程学院副教授杨慧说，由此察觉同一个体各异发育阶段及肠道部位菌群组成的异质性，证明了肠道菌群的组成、丰度具有生长阶段和肠道部位的广泛特异性及多样性。进一步探究又察觉了肠道菌群组成及丰度的可遗传性。
该团队在两个世代中分别鉴别到1050和955个细菌分类可遗传，最高遗传力可达0.598。“遗传力又称遗传率。一个性状的遗传力越高，说明这个性状的表达型受遗传因素作用越大，受生态因素作用越小。”陈从英阐释道。
其中，450个可遗传的细菌分类在这两个世代中被重复测试，并且若干可遗传的细菌分类与人类肠道中的探究结局相一致。
“由此证明肠道菌群的组成是可以遗传的。”陈从英阐释说，尽管如今科学家对肠道菌群的最初来源和定殖还没有完全搞清楚，但可以肯定的是，并非所有细菌都能在个体肠道中定殖下来。
350万年前的变异发出强烈通讯
至此，难题的破解才方才着手。究竟个体的遗传变异作用了什么菌？又是如何作用自身肠道菌群构成的？
该团队先是对两个世代1430个嵌合个体开展全基因组重测序，共鉴别到3000多万个宿主基因组变异。接着对测试到的兰州新能源补贴速递8490个细菌分类开展了全基因组关联确认，共测试到1527个显著作用846个细菌分类的丰度或存在与否的宿主基因组变异位点。
在3000多万个宿主基因变异位点中，他们察觉ABO血型基因与菌群组分的关联性相当强，于是确定对ABO血型基因操控系统开展透彻探究。结局鉴别到家猪ABO血型操控系统中一个2.3kb的缺失变异。“这个基因片段缺失变异直接导致家猪肠道中丹毒丝菌科有关细菌的丰度差异。”陈从英说。
该团队察觉，这个基因缺失变异（O型血个体）导致ABO蛋白的N—乙酰半乳糖胺转移酶失去活性。所以无法把N—乙酰半乳糖胺添加到肠道黏液中高度糖基化的黏蛋白上，导致O型血个体肠道中N—乙酰半乳糖胺浓度下降，从而作用以N—乙酰半乳糖胺身为碳源的细菌的生长。这类细菌中最首要的就是丹毒丝菌。
论文共同第一作者、江西农业大学吴金鸳说明，他们基于嵌合家系群体的祖代8个家猪品种、亚洲野猪、欧洲野猪、苏门答腊野猪、菲律宾疣猪、印度尼西亚爪哇疣猪和非洲普通疣猪，对这个ABO基因2.3kb缺失开展溯源察觉，该缺失突变在上述动物中均存在，且突变的断点序列在所有样本中一致，从而证实猪属中的这个ABO基因2.3kb缺失归于350万年前发生的古老突变。
高福说，这是海外上在农业动物（猪、牛、羊、鸡等）中鉴别到的第一个宿主基因组作用肠道菌群组成的因果突变。
中国工程院院士李德发也强调，这是中国畜牧学科领域第一篇发表在《自然》上的探究成果。该项成果针对借助同样的手段，开发宿主遗传经由作用肠道菌群调节饲料转化效率和合作生长的新技术，培育节粮型和快长型生猪新品种具有重大参考价值。
另外，由于丹毒丝菌科细菌在人类中与代谢失调、胆固醇代谢及结/直肠癌有关，该探究结局也为进一步探究人类有关疾病的发病机理提供了参考。
有关报导：《Nature》在线长文发表江西农业大学重大探究成果
（神秘的地球uux.cn报导）据江西农业大学：4月27日北京时间23:00，海外著名学术期刊《Nature》（《自然》）在线长文发表江西农业大学猪遗传改良与养殖技术全国重点评测室黄路生院士团队的重大探究成果：察觉ABO血型基因经由调节N-乙酰半乳糖胺浓度显著作用猪肠道中丹毒丝菌科有关细菌的丰度，并操控系统地阐明了其作用机理。这是当下为止，海外上全部农业动物领域（猪、牛、羊、鸡等）第一个鉴别到宿主基因组作用肠道菌群组成的因果突变并操控系统阐明了其中的作用机理。中国科学院院士、中国畜牧兽医学会理事长黄路生，江西农业大学首席教授陈从英、江西农业大学引进专家米歇尔∙乔治教授为文章共同通讯作者，江西农业大学杨慧博士、吴金鸳博士为文章共同第一作者。
这是迄今为止江西省和中国畜牧学领域首篇《Nature》发表的探究长文，另外也是海外猪基因组与遗传育种领域近20年来第三篇在《Nature》发表的探究论文（上一篇是2012年），对我国种业自主革新岗位有重大价值。
背景说明：各异个体的肠道菌群组成各不一样并且与养生密切有关，宿主的遗传变异是否以及如何作用其自身的肠道菌群组成是一个海外探究中心及难点。由于受到生态、饮食、养生状况以及宿主遗传变异的多重作用，许多探究（尤其是在人类中的探究）难于被重复，所以在Nature及其子刊发表了不少争论性文章。
针对这一全球难题，项目组以家猪为探究材料，以便增多宿主个体的遗传变异，先是用12年时间兴办了一个由全全球八个各异的商业品种及中国地方猪种混合杂交而成的嵌合家系第六及第七世代群体，另外经由严格控制饲料、饲养、养生及生态条件，从以下五个方面操控系统探究并解答了这一难点难题：
一、察觉同一个体各异发育阶段及肠道部位菌群组成的异质性：经由对两个世代（F6和F7）1500个评测个体，每个个体持续测定3个时间点（出生后25、120及240天），并在出生后第240天屠宰测定每个个体三个肠道部位（回肠、盲肠、粪便）的肠道细菌组成，证明肠道菌群的组成、丰度具有生长阶段和肠道部位的广泛特异性及多样性。而当下海外上通常探究中采集的粪便样品仅能代表菌群组成的一若干；
二、察觉肠道菌群组成及丰度的可遗传性：经由对评测猪只的饲料、饲养、养生及生态条件的统一规范治理，在F6和F7两个世代中分别鉴别到1050和955个细菌分类（OTU和taxa）可遗传，最高遗传力可达0.598 （YRC22属），450个可遗传的细菌分类在F6和F7两个世代中被重复测试，并且若干可遗传的细菌分类与人类肠道中的探究结局相一致，如Christensenellaece在人和猪中都具有高的遗传力，由此证明肠道菌群的组成是可以遗传的；
三、鉴别了作用各异阶段及各异部位肠道菌群组成的宿主基因组变异位点：项目对两个世代1430个嵌合个体开展全基因组重测序，共鉴别到3000多万个宿主基因组变异（即基因组上每100bp就有1个变异）。基于上述高度遗传变异的评测群体，对测试到的8490个细菌分类开展了全基因组关联确认，共测试到1527个显著作用846个细菌分类的丰度或存在与否的宿主基因组变异位点。
四、察觉并测试了作用特定肠道丹毒丝菌科有关细菌丰度差异的因果基因突变：经由对F6及F7两个世代大样本家猪的操控系统遗传确认，鉴别到家猪ABO血型操控系统中一个350万年前包含第8外显子的2.3kb缺失变异。这个基因缺失变异直接导致了家猪肠道中丹毒丝菌科有关细菌的丰度差异。对300个F7盲肠组织的全基因组转录本确认表明，该2.3kb的缺失突变导致ABO基因中一个具有可变第8和第9外显子的7.4kb转录本表达量只有正常转录本的1/3，并且这个转录本编码的蛋白质丢失了62%的氨基酸序列（含有7/8的活性位点），导致ABO蛋白的N-乙酰半乳糖胺转移酶失去活性。基于嵌合家系群体的祖代八个家猪品种、亚洲野猪、欧洲野猪、苏门答腊野猪、菲律宾疣猪、印度尼西亚爪哇疣猪和非洲普通疣猪，对这个ABO基因2.3kb缺失开展溯源，察觉这个2.3kb的基因缺失突变在所有的祖代八个猪种、亚洲和欧洲/美洲野猪以及印度疣猪中均有存在并且突变的断点序列在所有样本中一致，从而证实猪属中的这个ABO基因2.3kb缺失归于古老突变并存在平衡挑选。
五、操控系统探究并清晰探明察觉宿主基因组因果突变位点作用肠道丹毒丝菌丰度的机制：ABO基因2.3kb的缺失（O型血个体）导致编码的蛋白质无N-乙酰半乳糖胺转移酶活性，所以无法把N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）添加到肠道粘液中高度糖基化的黏蛋白上，导致OO基因型个体肠道中N-乙酰半乳糖胺浓度下降，从而作用依赖N-乙酰半乳糖胺身为碳源的细菌的生长。基于上述假设，操控系统开展了以下岗位：
1. ABO血型显著作用肠道糖胺浓度：在屠宰测定的278头评测猪中，使用靶向代谢组方法测定AA、AO和OO基因型个体盲肠信息物中N-乙酰半乳糖胺浓度，证实ABO血型显著作用肠道中N-乙酰半乳糖胺浓度。
2. 肠道糖胺浓度直接作用丹毒丝菌科有关细菌丰度：在对屠宰测定的278头评测猪确认盲肠中N-乙酰半乳糖胺浓度和受ABO血型作用的丹毒丝菌科有关细菌丰度的关联性，察觉即使是在同一种基因型的个体间盲肠信息物中N-乙酰半乳糖胺浓度和丹毒丝菌科有关细菌丰度仍显著有关，表明ABO血型是经由作用肠道中N-乙酰半乳糖胺浓度从而作用丹毒丝菌科有关细菌丰度。
3. 分离目标细菌，基于基因组全长测序，探寻目标细菌运用糖胺的分子机制：（1）从家猪中分离培养了2株与受ABO血型作用的丹毒丝科有关细菌的16S rRNA基因序列相似性达到100%及99.8%的菌株，并用三代测序获得了两株菌的全基因组序列。（2）运用宏基因组测序，兴办广泛代表野猪、地方猪、商业猪各异性别、日龄、肠道部位及养生状况的92个个体3111个宏基因组组装基因组（包含248个丹毒丝菌科基因组）身为对照，操控系统确认了24个参与N-乙酰半乳糖胺运用的基因，含有11个与N-乙酰半乳糖胺转运有关基因、2个GalNAc-6P去乙酰酶基因、2个六磷酸半乳糖胺异构酶/脱氨酶基因、3个六磷酸塔格糖激酶基因、4个1,6-二磷酸塔格糖醛缩酶基因和2个调节阻遏蛋白基因在2株受ABO血型作用的丹毒丝菌科菌株基因组和3111个宏基因组组装基因组中的分布状况。察觉与GalNAc转运和代谢有关的基因趋向于聚集在一起形成共调节的基因操纵子。经由计算和较为代谢通路值和调节子值，察觉受ABO血型作用的丹毒丝菌科菌株具有更完整的GalNAc转运和代谢通路，且代谢通路基因形成操纵子样基因簇，其它丹毒丝菌次之，丹毒丝菌以外的2863个其它菌种最低。
4. 体外培养评测证实，目标丹毒丝菌运用糖胺的转录机制：运用体外培养基培养分离的目标丹毒丝菌科菌株，添加糖胺合作了目标菌株生长；收集并测定菌株转录组确认表明，受ABO血型作用的丹毒丝菌科菌株与GalNAc转运和代谢有关的操纵子样基因簇一直处于表达状态，与是否添加N-乙酰半乳糖胺GalNAc诱导不相干；而对照组的大肠杆菌菌株则是在添加N-乙酰半乳糖胺GalNAc诱导后表达；
5. 证实受ABO血型作用的丹毒丝菌的确可运用N-乙酰半乳糖胺：使用C13标记的GalNAc饲喂体外培养的受ABO血型作用的丹毒丝菌科菌株，在培养13小时后收集菌体培养物开展C13标记的代谢物测定，察觉GalNAc的代谢产物如三磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮都被C13标记，该代谢流评测进一步证实了受ABO血型作用的丹毒丝菌科菌株能够运用GalNAc。
6. 无菌小鼠灌喂评测证实，添加N-乙酰半乳糖胺合作了目标丹毒丝菌科菌株的生长：将10只无菌昆明系母鼠另外灌喂分离培养的受ABO血型作用的丹毒丝菌科菌株和对照的大肠杆菌菌株，平均分成两组分别灌喂200mg/kg体重的GalNAc或对照的无菌PBS，于第12天测定评测小鼠盲肠中丹毒丝菌科菌株和对照的大肠杆菌的丰度，证实添加N-乙酰半乳糖胺GalNAc会显著作用肠道中丹毒丝菌科有关细菌丰度，而对照的大肠杆菌丰度则不受作用。
项目察觉的首要价值：项目历时十几年，经由对两个世代1500多个个体，每个个体三个生长阶段和三个肠道部位共5100多个样品的操控系统探究，有力证明宿主遗传会作用肠道菌群的组成和丰度。察觉并测试ABO血型基因的一个350万年前的2.3kb缺失导致家猪肠道中N-乙酰半乳糖胺浓度的下降，从而使其丹毒丝菌科有关细菌丰度的下降。这是海外上所有农业动物（猪、牛、羊、鸡等）中第一个被察觉的宿主基因组作用肠道菌群的因果基因突变。该察觉针对借助同样的手段开发宿主遗传经由作用肠道菌群调节饲料转化效率和合作生长新技术，培育节粮型和快长型新品种具有重大参考价值。另外，项目探究察觉的丹毒丝菌科在人类中报导与肥胖、胆固醇代谢以及结直肠癌等有关。猪的消化操控系统、基因组成和器官大小等与人类相似，尤其是相较为于小鼠，其肠道菌群组成与人类更为相似。所以，运用猪身为模式动物，从肠道菌群和宿主基因互作出发探究人类上述疾病发病机理及菌群调控技术也具有重大的参考价值。
作者简介：
第一作者：杨慧，1989年生；农学博士，江西农业大学子物科学与工程学院青年副教授，硕士探究生导师，人社部“博新打算”获得者。2017年受聘江西农业大学“前方之星”特聘岗，首要探究领域为猪重大经济性状与肠道微生物、菌群与宿主遗传互作。先后主持和参与全国级和省部级课题6项，累计发表学术论文20余篇，以第一作者或通讯作者在Nature、Frontiers in Microbiology和Journal of animal science等海外领域SCI刊物上发表论文7篇。
共同第一作者：吴金鸳，1992年生；江西农业大学农学博士。首要从事肠道菌群与宿主遗传互作、微生物培养组和代谢组等方面的探究。先后参与全国级科研项目2项，累计发表学术论文10余篇。以第一作者，共同一作或通讯作者在Nature、BMC microbiology等海外领域SCI刊物上发表论文2篇，境内A类刊物发表论文1篇。
共同通讯作者：陈从英，1975年生；江西农业大学探究员，博士探究生导师，德国哥廷根大学农学博士，江西省高层次人才理事会副秘书长。首要从事猪肠道菌群与宿主基因互作探究和教学岗位。先后主持或参与全国级科研项目10余项，累计发表学术论文60多篇，其中以第一作者或通讯作者在Nature、Nature Communications、Microbiome等海外领域内重大SCI刊物上发表论文36篇，在境内A类刊物发表论文12篇。身为首要参与者获全国教学成果二等奖、全国技术提升二等奖、江西省技术提升一等奖、江西省技术提升二等奖、中华农业技术奖优秀革新团队奖、中国侨界贡献奖（革新人才奖）各1项。
通讯作者：黄路生，1965年生；中国科学院院士，进展中全国科学院院士，中国畜牧兽医学会理事长，全国畜禽遗传资源委员会主任。德国洪堡学者，全国杰出青年基金获得者。持久从事畜禽育种探究。在基础探究上，完整操控系统确认中西方野猪及家猪种质资源特性，鉴别的家猪首要经济性状因果基因突变占全球1/3; 以通讯作者在Nature, Nature Genetics, Nature Communications，Microbiome发表重大学术成果100多篇。在技术创制上，自主开发的家猪育种基因处理器“中芯1号”各项表现完整超过美国，处于全球领先水平并已变成中全国猪育种主流技术。在商品创造上，培育的华系种猪第一父本达到海外先进水平。以第一主持人获全国技术发明二等奖、全国技术提升二等奖、何梁何利奖、全国劳模等重大奖励。（供稿：省部兴办猪遗传改良与养殖技术全国重点评测室 审核：技术处、宣传部）
成果发表链接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04769-z